연구성과

기계·화공 노준석 교수팀, 눈앞에 펼쳐진 평행세계…맞춤형 VR 수업할까

2022-11-01 311

[노준석 교수팀, 단일 구조체에 세 가지 정보 담는 메타 디스플레이 개발…편광 따라 다른 이미지 보여줘]

[공정 단순화·초소형 크기 장점…차세대 보안 장치·맞춤형 VR 디스플레이 실현 기대감 ‘쑥’]

캠퍼스 곳곳이 메타버스로 탈바꿈하고 있다. 코로나19 팬데믹 후 POSTECH은 비대면 상태로도 현실과 같은 수준의 실험과 실습을 진행할 수 있는 메타버스 강의 환경을 구축했다. 가상현실(VR)기기를 착용하기만 하면 실험 환경뿐만 아니라, 먼 곳의 원자력발전소도 생생하게 볼 수 있다. 나아가, 교수와 학생이 각기 다른 화면으로 맞춤형 수업을 경험할 수 있다면?

기계공학과·화학공학과 노준석 교수·기계공학과 통합과정 김주훈·성준화 씨 연구팀은 단일 구조체에 세 가지 정보를 동시에 저장하는 메타 디스플레이를 개발했다. 메타표면으로 만든 이 디스플레이는 편광*1에 따라 각기 다른 이미지를 보여줘, 사용자에 따라 화면이 다르게 보이는 차세대 보안 장치나 초소형 디스플레이의 상용화를 한층 앞당길 수 있을 것으로 기대된다.

빛을 자유자재로 조절하는 인공물질인 메타표면은 나노 구조체의 주기적인 배열로 이뤄진다. 구조체 하나의 크기가 파장보다 작아, 이 안에 다양하고 많은 정보를 저장하는 것이 과제로 여겨졌다.

더욱이 기존 메타표면은 하나의 구조체에 하나의 정보만을 담을 수 있어, 구조체 모양이나 배열을 달리하는 방식으로 여러 정보를 담아야 했다. 이 경우 복잡한 설계와 공정 과정을 거쳐야 해 번거로운 데다가 추가적인 비용이 들었다. 크기를 줄이는 데 한계가 있었던 것은 물론이다.

연구팀은 근거리장 빛의 세기를 조절하는 말루스 법칙*2과 원거리장 빛의 위상을 조절하는 기하학적위상법칙*3을 결합, 단일 구조체로 세 가지 정보를 저장하는 메타 디스플레이를 제작했다. 이 디스플레이는 구조가 단순해 쉽고 저렴하게 만들 수 있을 뿐만 아니라, 크기가 0.5밀리미터(mm)로 매우 작았다. 연구팀은 메타 디스플레이로 각기 다른 세 개의 로고를 출력하는 데 성공했다.


노준석 교수는 “근거리장·원거리장의 빛을 동시에 조절하지 못했던 기존 메타표면의 한계를 뛰어넘은 성과”라며 “사용자에 따라 다르게 보이는 보안 장치나, 교수와 학생이 각각 다른 화면을 볼 수 있는 맞춤형 가상현실(VR)·증강현실(AR) 디스플레이에 적용할 수 있을 것”이라고 말했다.

한편, 국제 학술지 ‘어드밴스드 사이언스(Advanced Science)’에 최근 게재된 이 연구는 포스코 산학연융합연구소 사업, 한국연구재단 미래유망융합기술 파이오니어 사업의 지원을 받아 이뤄졌다.


1. 편광
특정한 방향으로 진동하며 나아가는 빛.

2. 말루스 법칙
두 개의 편광판을 통과한 빛의 세기를 나타낸 법칙으로 두 편광판의 편광축이 이루는 각도와 관련 있다. 이 연구에서는 근거리장 빛의 세기를 조절하는 데 이용되었다.

3. 기하학적위상법칙
방향에 따라 다른 형태의 구조를 지닌 나노 구조체를 공간적으로 다른 회전 방향을 지니도록 하여 빛의 전체 위상을 조절할 수 있다. 이 연구에서는 원거리장 빛의 위상을 조절하는 데 이용되었다.