GIST, VR체험에서 고막 압력 구현 '이어프레셔' 개발

(왼쪽부터) GIST 김승준 교수, 강성준·김광빈 박사과정생, 김보천·박정주·신세무 석사과정생.

국내 연구진이 귀 내부 압력을 정밀하게 제어해 가상현실(VR)에서 대기압 변화를 사실적으로 느낄 수 있는 혁신적 햅틱 시스템을 개발했다. VR 체험에 귀가 먹먹해지는 압력 감각까지 구현한 것은 이번이 처음이다.

광주과학기술원(GIST)은 AI융합학과 김승준 교수 연구팀이 VR 헤드셋에 부착해 귀 내부 압력을 세밀하게 조절함으로써, 대기압·수압 변화에 따른 귀의 먹먹함 등 실제에 가까운 환경 압력 감각을 구현하는 신기술 '이어프레셔 VR(EarPressure VR)'을 개발했다고 13일 밝혔다.

이 기술은 고도가 변하거나 물속에 들어갈 때처럼 귀가 먹먹해지는 느낌을 VR 환경에서 안전하게 재현할 수 있어, 기존의 시각·청각 중심 VR 체험을 한 차원 높이는 새로운 감각 인터페이스를 제시한다.

EarPressure VR 시스템 개요.

지금까지 VR에서 압력 변화를 사실적으로 구현하는 것은 공간 전체의 기압을 조절해야 하기 때문에 기술적 제약이 컸다. 연구팀은 임상에서 고막과 중이의 압력을 검사할 때 쓰이는 팀파노메트리(tympanometry) 기술을 응용해 이 문제를 해결했다.

'이어프레셔 VR'은 귀 내부 상태를 압력 센서로 실시간 모니터링하고, 내장 모터와 의료용 주사기를 통해 ±40 헥토파스칼(hPa) 범위의 압력 변화를 0.57초 안에 구현한다. 이는 실제로 사람이 수심을 따라 하강할 때 느끼는 속도와 유사하다.

연구팀은 귀 내부 압력 변화를 사용자가 명확히 인지할 수 있는지를 확인하기 위해 압력 방향과 강도를 나눠 실험을 진행했다. 그 결과 약 14.4~23.8 hPa 이상의 압력 차이가 주어지면 압력이 안쪽으로 작용하는지, 바깥쪽으로 작용하는지를 구분할 수 있었고, 14.6~34.9 hPa 이상의 강도 차이도 식별 가능한 것으로 나타났다. 이는 고막이 압력 변화에 매우 민감하게 반응한다는 기존 의학적 연구 결과와도 일치한다.

압력 인식 실험 결과.

또한 수심 변화나 환경 이동 상황을 적용한 실험에서는, 단순히 음향 효과만 제공한 경우보다 압력 피드백을 함께 제공한 조건에서 훨씬 높은 현실감과 몰입감을 경험할 수 있음이 확인됐다. 기술의 효과를 체감한 실험 참가자들은 "실제로 바닷속에 있는 기분이다", "완전히 새로운 감각 경험이었다"고 표현했다.

'이어프레셔 VR'은 경량 착용형 설계로 별도의 대형 장비 없이도 압력 변화를 재현할 수 있어 ▲원격 수술·재난 구조·잠수 훈련 등 전문 분야 ▲운동·헬스 앱에서의 가상 고산 체험 ▲음악 감상 시 웅장한 저음의 압력감 구현 등 다양한 응용 가능성을 지니고 있다.

김승준 교수는 이번 연구에 대해 "기존에 구현하기 어려웠던 환경 압력 변화를 귀 내부 압력 제어를 통해 직접 체험하게 한 혁신적 기술"이라며 "VR·AR·원격 작업·훈련 시뮬레이션 등 미래 기술 전반의 사용자 경험을 근본적으로 변화시킬 것"이라고 강조했다.

GIST AI융합학과 김승준 교수가 지도하고 강성준·김광빈·김보천·박정주·신세무 연구원 등이 참여한 이번 연구는 과학기술정보통신부 재원으로 정보통신기획평가원(IITP)과 한국연구재단(NRF)의 지원을 받았다.

연구 결과는 사용자 인터페이스·상호작용 기술 분야의 세계 최고 권위 학술대회 중 하나인 'ACM UIST 2025'(9월 28일~10월 1일, 부산)에서 발표됐다. 연구팀은 향후 상용 VR 기기와의 통합 및 다양한 응용 분야 확장을 위한 후속 연구를 이어 갈 계획이다.

호남취재본부 민찬기 기자 coldair@asiae.co.kr