싱글픽셀 LED 회로가 집적된 무선 콘택트 렌즈

http://www.etnews.com/news/detail.html?id=201112070032


○ 미국 워싱턴대-핀란드 알토대 연구팀, 콘택트 렌즈 속 LED 조절 성공

영화 ‘터미네이터’에서 로봇으로 나오는 아놀드 슈왈제네거의 눈은 특별하다. 사람이나 사물을 주목하면 실시간으로 관련 정보가 올라오게 된다. 그저 영화 속에서만 있을 것 같던 이 장면이 조만간 가능해질 것으로 보인다.

최근 연구는 콘택트 렌즈에 글자와 이미지 등을디스플레이해주는 콘택트 렌즈를 개발하고있다.

미국 워싱턴대학의 Babak Praviz 박사가 이끄는 미국/핀란드 연구팀은 싱글픽셀 LED 회로가 집적된 콘택트 렌즈를 동물의 안구에서 테스트하는데 성공했다고 23일 밝혔다. 처음으로 살아있는 눈에서 동작하는 LED 조명을 통하여 무선 콘택트 렌즈를 테스트한 것이다.

Contact lenses that display information to the wearer’s eyes have moved

a step closer thanks to a recent research project.


워싱턴대 Babak Praviz 교수는 5년 전부터 콘택트 렌즈에 증강현실 기술을 적용하는 아이디어를 연구해왔다. 증강현실은 눈으로 보는 현실세계와 가상세계를 합쳐 하나의 영상으로 보여주는 기술인데, 이 기술을 이용할 경우 사물을 주목하는 순간의 정보를 실시간으로 얻을 수 있게된다.

○ 에너지를 저장할 수 있는 직접회로와 싱글 블루 LED를 포함하고 있는 투명사파이어칩, 라디오파의 형태로

파워를 공급받게 되는 안테나로 구성

연구팀은 아주 작은 LED를 만들어 플라스틱 콘택트 렌즈의 중심에 붙이고, 렌즈의 가장자리에는 원형 안테나를 달았다. 원격으로 무선 주파수를 전송하면 안테나를 통해 LED에 청색 불을 켤 수 있다.

렌즈는 투명해 착용하더라도 사물을 볼 수 있다. 그러나 눈에 정확한 상이 맺히려면 초점거리가 짧아야 한다.

사람의 눈은 수 cm 이하로 아주가깝게 영상을 나타낼 수 없기 때문에 콘택트 렌즈 디스플레이는 보통 흐릿하게 보여진다.

연구자들은 이 문제를 해결하기 위해 프로젝터 등에 사용되는 ‘프레넬 렌즈’를 사용했다. 이 렌즈는 몇 개의 일정한 두께를 가진 고리 모양의 렌즈로 구성돼 일반 콘택트 렌즈에 비해 매우 얇고 가벼우면서도 초점거리를 짧게 만드는 역할을 했다. 연구팀은 이렇게 만든 콘택트 렌즈에 신호를 줘 LED 빛을 조절하는 데 성공했다.

‘우리는 얇은 프레넬 렌즈를 만들어서 콘택트 렌즈에 집적시켰으며, 빛에 초점을 맞출 수 있다는 것을 보여주었다. 이러한 추가적인 초점이 눈의 표면에 생성되는 것이 영상을 표현하는데 필요하다.’ 라고 그가 말했다. 그러나 이 팀은 콘택트 렌즈에서 고화질로 초점을 맞춘 영상을 만들고 있지는 못하다고 그가 덧붙였다.

○살아있는 토끼 실험 결과 안전성 확인

이 렌즈의 안전성을 실험하기 위해 연구자들은 살아있는 토끼를 대상으로 하여 각막에서의 착용 효과를 평가하는 테스트를 진행하였다. 이 콘택트 렌즈를 비부착 상태와 토끼의 안구에 부착한 상태 모두 테스트 하였다. 안과 의사들은 생체현미경을 가지고 눈의 생리학적 건강을 조사하고 있다. 이 실험에서는 긁히거나 열화상을 위한 테스트를 위해서 형광 염료를 사용했다. 빛에 초점을 맞추고 있는 이 렌즈의 성공은 광학적인 테스트를 한 것이다.

착용하지 않은 상태에서는 주파수 송신기와 약 1m 정도 떨어진 거리에서도 전력송신이 가능해 LED가 밝게 빛났다. 하지만 토끼 눈에 부착한 뒤에는 체액의 영향 때문에LED 픽셀이 흐려져 2cm 거리 까지 좁혀야 했다.

40분에 걸친 실험에서 토끼는 별다른 이상을 보이지 않았고 렌즈는 잘 작동했다. 실험 후 토끼의 안구에는 어떤 손상도 발견되지 않았다.

Babak Praviz교수는 “토끼는 실험 과정에서 특별한 부작용을 보이지 않았고, 망막에 찰과상이나 부식도 없었다”며 “이번 동물 실험은 개발한 콘택트 렌즈가 안전하다는 것을 보여주는 것”이라고 말했다.

연구팀에 따르면 터미네이터 렌즈의 활용도는 무궁무진하다. 이 장치는 정보 분석과 게임, 그리고 사람의 건강과 안전을 모니터링할 수도 있다. 착용자의 몸에 연결된 센서로 포도당 수치 등을 실시간 확인할 수 있다는 것이다.

‘우리 그룹은 정보 디스플레이와 건강상태 모니터링에 대한 것을 모두 연구하고 있다. 여전히 우리는 해야 할 일들이 많이 있으며, 렌즈앞에서 모든 기능들과 유용한 것들을 보여지게하는 시연을 준비하고 있다. 얼마나 이 기술이 빨리 또는 느리게 발전할지 예상하는 것은 어렵다.’ 라고 그가 말했다.

이미 반도체 기술의 발달로 콘택트 렌즈 정도의 크기에 수십픽셀의 LED와 회로를 집적하는 정도는 충분히 가능하며 시험제작된 모델들도 존재한다. 하지만 기존 모델들의 문제는 고도로 집적된 회로에서 발생하는 열이 안구를 손상시킬 수도 있다는 것과, 매우 얇고 경량인 구조 탓에 전력공급이 여의치 않다는 것이다. 적어도 현재의 화학식 배터리를 내장한다는 건 불가능하기 때문이다. 워싱턴대학 팀은 이를 비교적 전력소모와 발열이 덜한 간단한 회로에 무선송전을 통해 실현하였다.

콘택트 렌즈 디스플레이는 장차 궁극의 증강현실 디스플레이가 될 가능성이 있지만, 아직은 넘어야 할 기술적 과제가 많다.

현재 만들어진 터미네이터 렌즈는 딱딱한 플라스틱 소재(PET)로 만들어져 눈에 공기가 통하지 않기 때문에 착용시간은 단 몇 분에 불과하다.발열과 전력문제도우선 해결해야 할 과제이다.또,대단히 좁은데다 안구에 밀착되어 있다는 특성상 충분한 고해상도 이미지를 보여주려면 현존하는 디스플레이를 아득히 초월하는 픽셀밀도를 가져야한다. 거기다 현재까지 만들어진 시제품은 단지 On/Off가 가능한 단색 LED에 불과하다.

하지만 10여년 후에는 훨씬 제작기술이 발달되리라 기대할 수 있고, 전력 문제 같은 부분도 대안을 찾을지도 모른다.

○ 다음 목표는 텍스트 메시지가 콘택트 렌즈 표면에 비추도록 하는 것

안테나가 네트워크와 연동하는 속도를 높이고, 무선충전범위를 넓히는 등의 기술향상 작업을 수행 중

‘우리는 안테나 디자인을 향상시키고, 관련된 매칭 네트워크를 향상시킬 필요가 있다. 그리고 무선 파워 전송 범위내에서 전반적인 향상을 이루기 위해서 전송 주파수를 적합화시켜야 한다. 우리의 다음 목표는 콘택트렌즈에서 몇가지의 미리 예정되어진 텍스트를 통합시키는 것이다.’ 라고 Praviz가 말했다.

이번 연구결과는 마이크로기계공학 및 마이크로 공학저널(Journal of Micromechanics and Microengineering) 22일자로 실렸다.

콘택트렌즈 겸용 디스플레이.

금형 테두리 형태의 안테나와 디스플레이를 위한 LED칩, 집적회로 등이 사용됐다.<사진=알토대홈페이지>

URL : http://www.theengineer.co.uk/sectors/electronics/news/engineers-test-wireless-led-contactlense-on-a-living-eye/1010958.article


<출처>NDSL, 2011-11-25 外

Posted by TopARA
,