# MIT 이 개발한 VR 및 재활에 활용이 기대되는 유연한 센서 시트는 구부리거나 비틀어도 3D 형상을 인식할 수 있습니다.

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> 작성자: tachikoma43
> 작성일: 2026-10-23T05:16:23.424Z

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매사추세츠공과대학교 (MIT) 연구팀이 변형과 비틀림 시의 형상을 인식하고 컴퓨터상에서 3D 형상으로 재현할 수 있는 유연한 센서 시트를 개발했습니다. 내부에 내장된 광 도체를 통해 변형을 감지하는 방식으로, 게임, VR, 로봇 원격 조작, 재활 치료에 응용할 수 있습니다.

Toward Fully Soft and Multifunctional Shape Sensing via Optical Waveguide Arrays - Yu - Advanced Intelligent Systems - Wiley Online Library https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aisy.70488 Shape-sensing sheet digitally tracks its movement as it bends and twists | MIT News | Massachusetts Institute of Technology https://news.mit.

MIT 엔지니어들은 게임 및 VR용 부드러운 3D 형상 감지 피부 (shape-sensing skin) 를 구축했습니다. 이 기술은 0.5 센티미터 미만의 오차로 3D 움직임과 터치 동작을 추적합니다. 모션 캡처용 의류는 가상 공간의 아바타에 사용자의 움직임을 반영하기 위해 신체 각 부위에 하드 센서를 부착하는 방식이 일반적입니다. 그러나 하드 부품이나 늘어나지 않는 부품을 배치하면 착용감과 움직임의 자유도가 제한되는 문제가 있습니다. MIT 의 Yu Qifan, Cao Nina, Becker Kaitlyn 연구원들은 신체나 부드러운 로봇과 함께 유연하게 적용될 수 있는 센서를 목표로, 표면의 형상을 측정하는 시트 (sheet) 를 개발했습니다.

이 시트의 핵심은 빛을 내부로 전달하는 '광전도파'입니다. 연구팀은 투명하고 부드러운 고무 같은 코어를 검은색으로 염색한 외부 층으로 감싸 전도파를 제작했습니다. 한쪽 끝에는 LED 를, 다른 한쪽 끝에는 광센서를 설치하여 전도파가 변형될 때 도달하는 빛의 양이 어떻게 변하는지 측정하는 구조입니다. 또한 연구팀은 코어의 한쪽 면에만 미세한 요철을 형성하는 설계적 접근을 취했습니다. 빛의 경로가 휘어지면 내부에서의 반사 방식이 달라지지만, 한쪽 면만 거칠게 처리함으로써 거친 면 쪽으로 휘었을 때와 매끄러운 면 쪽으로 휘었을 때 빛 손실에 차이가 발생합니다. 이 차이를 활용하면 얼마나 휘어졌는지뿐만 아니라 어느 방향으로 휘어졌는지도 판별할 수 있습니다. 제작된 시트의 크기는縦 160mm × 橫 160mm × 두께 5mm 로, 길이 160mm 의 전도파가 7 개 × 2 층의 합계 14 개가 삽입되어 있습니다. 전도파는 지그재그 형태로 배치되어 여러 방향에서 변형을 감지합니다. 광센서의 신호를 외부 회로로 수집하고 각 전도파의 측정값에 맞는 시트 전체의 형태를 알고리즘으로 추정합니다. 감지면은 부드러운 소재로 구성되며, 전자 부품은 주변부에 배치되어 있습니다.

연구팀은 시트의 형태를 정확하게 읽어낼 수 있는 광선로를 어떻게 배치해야 하는지 시뮬레이션으로 비교 분석했습니다. 끝이나 모서리가 휘어진 형태 등 6 가지의 다양한 형태를 사용하며, 광선로의 개수나 배치 방향을 변화시켜 원래 형태를 재현하는 정밀도를 조사한 결과, 이번 검증에서 확인된 형태에서는 광선로의 개수를 단순히 늘리는 것보다 다양한 방향의 휘어짐을 포착할 수 있도록 사선으로 배치하는 것이 정밀도 향상에 더 효과적이라는 것이 밝혀졌습니다. 실제 시트를 구부리는 실험에서는 모서리나 모서리를 들어 올리거나 사선 방향으로 접어 올리면 화면상의 3D 형태도 이를 따라 움직였습니다. 형태 업데이트 속도는 센서 읽기, 계산, 렌더링 등을 모두 포함하여 평균적으로 초당 약 3 회였습니다. 또한 3D 프린터로 제작된 형틀로 시트를 3 가지 형태의 형태로 고정하여 조사한 결과, 형태 재현 오차를 나타내는 제곱평균제곱근 오차 (RMSE) 는 각각 3.7mm, 2.8mm, 4.5mm 였습니다. 다만, 국소적으로 휘어짐이 크게 변하는 복잡한 표면에서는 미세한 형태를 충분히 재현할 수 없다는 점을 지적했습니다.

특징 중 하나는 일부 도파관이 손상되어도 남은 도파관의 정보로부터 형상을 추정할 수 있다는 것입니다. 시뮬레이션에서는 14 개 중 최대 3 개가 손상된 조건에서도 형상 재현 오차는 3mm 미만으로 유지되었습니다. 실제에서도 도파관을 절단하거나 구멍을 만들어 빛이 통과하지 못하게 한 후에도 형상 재현을 계속할 수 있음을 확인했습니다. 다만 손상 정도가 증가하면 정확도가 유지되지 않으며, 시뮬레이션에서는 5 개 이상이 손상되면 오차가 약 1cm 이상 증가했습니다.

시트는 굽힘 방향뿐만 아니라 어디를 눌렀는지도 감지할 수 있습니다. 평평하게 놓인 시트를 눌러 실험한 결과, 눌린 위치를 1.5cm 이내의 오차로 특정했습니다. 다만 시트 아래에 있는 물체의 부드러움에 따라 측정값이 달라지므로, 가해지는 힘의 크기를 정확하게 측정할 수는 없습니다. 또한 손목이나 팔꿈치에 감아 관절의 움직임을 읽는 실연도 진행되었습니다. 다만 관절을 움직이면 시트가 굽는 것뿐만 아니라 늘어나므로, 굽힘을 중심으로 다루는 일반적인 계산법으로는 형상을 정확하게 재현할 수 없습니다. 이에 따라 연구팀은 도파관의 측정값을 관절 각도로 변환하여 움직임을 읽는 방식으로 접근하고 있습니다.

연구팀은 실용화를 위한 과제로서 처리 속도 향상, 시트 얇아짐, 인장성 개선 등을 제시하고 있습니다. 도파로 자체는 유연하게 늘어나지만, 프로토타입은 주변 배선이 늘어나지 않아 시트 전체가 자유롭게 늘어나지 못합니다. 연구팀은 늘어나는 전자 회로의 도입이나 도파로의 소형화를 고려한 결과, "더 가는 도파로를 더 많이 배치하면 시트를 얇게 하면서도 미세한 형상 변화를 감지할 수 있을 것"이라고 밝혔습니다. 향후에는 다른 촉각 센서와 결합하여 형상과 외부에서 가해지는 힘을 동시에 측정하는 것을 목표로 하고 있습니다. 연구팀의 한원인 Becker氏は「환자의 움직임을 기록하여 이전 상태와 비교함으로써 물리치료사가 회복 과정을 파악하는 데 도움이 되는 도구를 만들고 싶다」と 설명했습니다.

[원문 보기](https://gigazine.net/news/20261020-optical-waveguide-arrays-shape-sensing/) | 출처: Gigazine