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콘텍트렌즈 위에 결합된 메타표면에서 생성되는 홀로그램 모식도. 포스텍 제공.

콘텍트렌즈 위에 메타표면을 생성해 홀로그램을 구현하는 기술이 개발됐다. 차세대 증강현실(AR) 기술이 도입된 웨어러블 기기를 만드는 데 활용될 것으로 기대된다. 

포스텍은 노준석 기계공학과·화학공학과·전자전기공학과 교수, 박인규 KAIST 기계공학과 교수, 정준호 한국기계연구원 박사 공동연구팀이 보습력이 우수한 히알루론산으로 콘텍트렌즈 위에 메타표면을 트랜스퍼 프린팅하는 기술을 개발했다고 29일 밝혔다. 트랜스퍼 프린팅은 미세한 패턴이나 구조물을 한 표면에서 다른 표면으로 옮기는 기술을 의미한다. 

메타표면은 나노미터 크기의 구조체를 사용해 빛을 제어하는 기술이다. AR 분야에서 디바이스를 소형화할 때 반드시 필요한 기술이다. 메타표면을 만들기 위해 필요한 전자빔 리소그래피 등의 공정은 비용이 많이 들고 임프린트 공정은 생체에 유해한 물질을 사용한다는 문제가 있다. 안경처럼 쓰고 벗는 AR 디바이스에서 더 나아가 콘텍트렌즈 형태의 AR을 구현하려면 비용이 저렴하면서도 생체에 적합한 제작 기술이 필요하다. 

연구팀은 피부 진피 성분인 히알루론산의 특성을 활용해 나노구조체를 콘택트렌즈 위에 안정적으로 트랜스퍼 프린팅하는 기술을 고안했다.

히알루론산은 수축과 팽창을 반복하며 결합에너지가 달라진다. 연구팀은 히알루론산 특징을 이용해 나노구조체를 집어 올릴 때는 히알루론산을 수축시켜 결합에너지를 높이고 렌즈에 나노구조체를 내려놓을 때는 팽창해 결합에너지를 낮추는 방식으로 효율적인 프린팅이 가능하도록 했다.

이렇게 만든 메타표면은 동공 크기의 0.25%만 차지하면서도 가상의 홀로그램 이미지를 형성했다. 습윤 환경에서도 구조적 안정성을 보였다. 실험 결과 20~90%의 상대습도에서 성능을 유지했다.

노 교수는 "생체에 적합한 히알루론산을 사용해 콘택트렌즈에 메타표면을 성공적으로 프린팅한 이번 연구는 증강현실을 포함한 다양한 산업의 웨어러블 기기에 응용될 가능성이 매우 크다"고 말했다. 연구 결과는 국제학술지 ‘어드밴스드 사이언스’에 최근 게재됐다.

<참고 자료> 
doi.org/10.1002/advs.202407045

(왼쪽부터) 노준석 포스텍 기계공학과·화학공학과·전자전기공학과 교수, 김경태 기계공학과 통합과정생, 박인규 KAIST 기계공학과 교수, 고지우 박사, 정준호 한국기계연구원 박사. 포스텍 제공.