4차 산업혁명을 통해 미래 성장 가능성이 높은 분야로 가상·증강현실(VR·AR)이 꼽힌다. VR은 컴퓨터 등을 활용해 실제가 아닌 특정 환경이나 상황을 만들어 내는 기술이며 AR은 눈에 보이는 현실세계에 가상 물체를 겹쳐 보여주는 기술이다. 한동안 유행했던 포켓몬 고 같은 게임은 대표적인 AR기술을 활용한 것이다.

VR을 체험하기 위해서는 여전히 헤드마운트 디스플레이라는 두껍고 무거운 장치를 머리에 써야 하기 때문에 오랜 시간 사용하기가 어렵고 몰입도도 떨어지게 된다. 국내 연구진이 투명망토 소재로 잘 알려진 메타물질을 이용해 가벼운 VR기기를 만드는 방법을 개발해 주목받고 있다.

포스텍 기계공학과, 화학공학과 연구팀은 빛의 스핀을 이용해 여러 홀로그램 이미지를 실시간으로 재생할 수 있는 메타표면을 만드는데 성공했다고 28일 밝혔다. 이번 기술은 광학 분야 국제학술지 ‘레이저 앤 포토닉스 리뷰’ 최신호에 실렸다.

VR·AR을 구현시키기 위해서는 공중에 3차원(3D) 이미지를 띄울 수 있는 홀로그램 디스플레이가 필요하다. 홀로그램 이미지를 만들어 내기 위해서는 많은 부품들이 필요해 VR장치의 부피와 무게가 늘어난다. 이 때문에 메타물질을 이용해 홀로그램 이미지를 만드는 기술이 연구돼 왔지만 지금까지는 한 번에 하나의 이미지만 생성할 수 있다는 문제가 있다.

연구팀은 실리콘을 이용해 빛이 회전하는 방향과 편광을 조절하면 두 개의 홀로그램 이미지가 동시에 나타나는 메타표면을 개발했다. 빛의 편광을 조절하면 이미지를 실시간으로 바꿀 수도 있고 동영상으로 작동시킬 수도 있을 것으로 예상된다. 메타홀로그램 장치를 개발하기 위해 기존에는 산화티타늄이나 질화갈륨 같은 비싼 물질을 이용했지만 이번 기술은 실리콘을 이용하고 기존 반도체 공정에서도 바로 제작할 수 있어 생산비용을 수 백배까지 절감할 수 있게 됐다.

노준석 기계공학과 교수는 “이번에 개발한 메타홀로그램은 60% 이상 투과효율 덕분에 선명한 이미지를 관찰할 수 있고 소자의 두께가 300나노미터에 불과해 초경량 고효율 기기로 만들 수 있다”라며 “이번 기술을 활용하면 홀로그램을 복잡하게 설계가 가능해 화폐, 신용카드, 명품 위조방지 기술, 각종 암호화 기술에도 활용할 수 있을 것”이라고 말했다.

유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr