차민선THERMAL HAPTICS

THERMAL HAPTICS · SOFT DEVICES

가상의 온도를,
피부의 감각으로.

물체를 만질 때 느끼는 열감을 유연한 소자로 재현하고,
사람이 경험하는 감각까지 검증하는 연구를 합니다.

차민선

서울대학교 기계공학부 · 석박사통합과정
지도교수 고승환

연구 살펴보기
01 / RESEARCH IN PRACTICE기존 소자 실물
픽셀과 유연 배선이 선명하게 보이는 굽힘 상태의 열전 디스플레이
유연 열전 디스플레이소재와 구조의 설계에서, 실제로 구동하는 소자까지.ThermoDisplay · 유연 열전 디스플레이

연구를 잇는 세 가지 축

유연 열전소자열감각 재현착용형 인터페이스

COLLABORATIVE RESEARCH

소자를 연결해,
착용형 시스템으로.

엑스버스와 메타버스 과제에서 열적 소자의 제작·평가 경험을 공동 플랫폼과 연결하고 있습니다. 각 프로젝트의 장치와 실험 장면을 소개합니다.

X-VERSE / ETRI

엑스버스
팔 착용형 다중감각 햅틱 시스템

여러 햅틱 모듈을 팔에 배치하고, 가상환경의 사건에 열·진동 피드백을 연결하는 공동연구입니다. 2024년의 스트랩 구조·제작 시편과 2025년의 팔 착용형 프로토타입을 소개합니다.

진동·발열 소자 통합 구조와 햅틱 스트랩 제작 시편
2024 / 구조·제작

진동·열 자극을 결합한 스트랩

신축형 배선에 진동 소자와 발열 소자를 통합한 구조.

ETRI–SNU 정례회의
2024.06.27 · 슬라이드 4
팔에 착용한 엑스버스 햅틱 프로토타입
2025 / 착용 형태

팔 착용형 프로토타입

밴드로 연결한 공동연구 장치.

ETRI–SNU · 2025.11.03

서울대학교의 열적 소자 연구와 협력기관의 시스템·감각 렌더링 개발이 연결되는 과제입니다. 사진 속 통합 장치는 공동연구 결과입니다.

APPLICATIONS / VIRTUAL ENVIRONMENTS

가상환경의 사건을, 열·진동 피드백으로.

Unity 기반 감각 렌더링과 착용형 장치의 자극 패턴을 연결하는 공동연구입니다.

아바타, 신체 부위별 채널, 사건 선택 버튼이 표시된 Unity 기반 감각 렌더링 개발 화면
01 / VIRTUAL EVENTS

장면 속 사건과 자극 위치의 연결

가상환경의 사건을 선택하고 신체 부위별 채널과 연결하는 렌더링 프로그램 개발 화면입니다.

크게 보기 ↗
열·진동 자극 패턴 설명에 사용된 제어부 일체형 햅틱 밴드
02 / HAPTIC PATTERNS

시간과 위치에 따른 자극 패턴

일정·심박·가속 리듬과 무작위·순환·왕복 자극 패턴을 다룹니다.

크게 보기 ↗

불·얼음 탄환 시나리오

방패로 탄환을 막는 사건에 열·진동 피드백을 매칭합니다.

망치 시나리오

팔을 두드리는 동작에 일정 박자·가속 박자·심박 리듬을 매칭합니다.

ETRI–SNU 정례회의 · 2025.11.03 · 슬라이드 3–6. UTD의 감각 렌더링 프로그램 개발 현황과 제시된 시나리오·패턴을 소개합니다.

METAVERSE / SNU WORKSHOP

메타버스
손·손가락을 위한 열촉각 인터페이스

냉·온감과 접촉 시의 온도 변화를 재현하는 열적 액추에이터를 연구합니다. 소형 착용 구조, 다중 촉감 소자와의 통합, 목표 온도 파형의 재현으로 이어지는 연구입니다.

유연 열적 액추에이터의 배선과 적층 구조, 기계적·열적 액추에이터 통합 시편 및 손가락 착용 사진

손가락에 적용한 유연 열적 소자

배선·적층 구조에서 통합 시편과 손가락 착용 형태까지.

메타버스 공동연구
소자 구조 및 통합 시편

서울대학교의 열제어형 액추에이터 연구를 중심으로 소개합니다. 다른 촉감 소자와의 통합은 공동 수행 범위이며, 온도 파형의 재현과 사용자의 감각 인지 평가는 구분합니다.

01 / RESEARCH EXPERIENCE

소자를 만들고,
감각과 연결합니다.

소재·전극·열관리 구조를 설계하고, 제작한 장치의 냉·온 출력과 변형 중 구동을 평가합니다. 이 경험을 바탕으로 열적 출력과 사용자의 경험 사이를 연결하고 있습니다.

01

유연 열전소자와
열관리 구조

제작·평가 경험

열전 펠렛과 구리 전극, 유연 기판을 연결해 냉각과 가열이 가능한 소자를 연구합니다. 피부에 밀착하는 구조와 고온부의 열을 배출하는 경로를 함께 고려하여, 변형 중에도 열적 출력을 유지할 수 있도록 설계합니다.

담당 영역
소자 제작·공정 개선, 방열 기판 설계, 냉·온 출력 평가
검증 경험
반복 변형, 온도 파형 추종, VR 환경과의 연동
02

움직임 속에서도
열적 경험을 재현

기존 대표 시험 결과

같은 온도에 도달하는 것뿐 아니라, 물체를 만지는 동안의 온도 변화를 따라가는 것이 중요합니다. 정적·동적 조건에서 목표 파형과 실제 소자의 출력을 비교하며 제어 성능을 평가했습니다.

정적 조건 · 평균 절대 오차0.294°C
동적 조건 · 평균 절대 오차0.278°C

기존 소자의 해당 대표 시험 조건에서 얻은 값입니다. 전체 조건이나 향후 복합 모듈의 성능을 의미하지 않습니다.

실험 그림과 출처 보기
손가락 굽힘 조건과 유리 접촉 온도 프로파일을 비교한 기존 실험 그림. 정적 오차 0.294도, 동적 오차 0.278도
260821_워크샵_열적액추에이터_최종_1.pptx, 슬라이드 21.

THERMOELECTRIC DISPLAY

온도 제어를
눈에 보이는 출력으로.

유연 열전 어레이에 열변색 광학층을 결합해 색상 패턴을 표시합니다. 색상 출력 사진과 서로 다른 패턴의 구동 기록을 통해 공간별 출력을 확인합니다.

열전 디스플레이의 실제 소자와 TLC 필름, PDMS, 구리 전극, 열전 펠렛, FPC로 구성된 분해 구조도
열전 디스플레이의 소자와 적층 구조ThermoDisplay · 소자 사진 및 구조도

픽셀별 온도 제어와 색상 출력

열전 어레이 위의 열변색 광학층이 온도에 따라 색을 바꿉니다. 소자 사진과 분해 구조도에서 픽셀 배열과 각 구성층을 함께 볼 수 있습니다.

숫자·열영상 출력 기록 보기
숫자 0의 가시광 출력숫자 2의 가시광 출력숫자 5의 가시광 출력
가시광으로 확인한 숫자 패턴

6×6 어레이에서 촬영한 숫자 0·2·5의 표시 상태.

ThermoDisplay · 서로 다른 구동 상태
문자 S 형태의 적외선 열영상문자 N 형태의 적외선 열영상문자 U 형태의 적외선 열영상
열영상으로 확인한 공간 패턴

S·N·U 형태의 열적 출력. 각 문자는 별도로 구동·촬영한 결과입니다.

ThermoDisplay · 가시광과의 독립 동시 제어를 뜻하지 않음

APPLICATIONS

색을 옮기고, 곡면으로 확장하다.

이미지의 영역별 색상 비교와 곡면 부착 사례를 소개합니다.

딱정벌레 이미지에서 선택한 다섯 영역의 Map RGB와 Display RGB 비교
영역별 매핑 색상과 디스플레이 출력크게 보기 ↗
01 / COLOUR MAPPING

이미지의 색을
픽셀 출력으로

원본 이미지에서 다섯 영역을 선택하고, 각 영역의 매핑 색상과 디스플레이 출력을 나란히 비교합니다.

영역에 따라 달라지는 색상 분포를 확인하는 사례입니다.

02 / CONFORMAL DISPLAY

평면을 넘어, 곡면 위로

망고 표면을 이용한 곡면 부착 개념과 서로 다른 위치의 배치 사례입니다. 유연 어레이가 곡면을 따라 놓이는 형태를 보여줍니다.

망고 표면을 따라 배치한 유연 디스플레이 개념도와 네 가지 대표 배치 사진
곡면 부착 개념 및 대표 배치 사례크게 보기 ↗

현재 진행 중열촉각 소자와 열전 디스플레이의 실험 결과를 논문으로 정리하고 있습니다.

RESEARCH INTERESTS

열원을 늘리지 않고,
열감을 느끼는 영역을
넓힐 수 있을까?

탐구하고 싶은 질문

직접 가열·냉각하는 영역을 넓히면 전력, 방열, 배선의 부담도 커집니다. 기존 열전소자에 진동을 더해, 실제 열 자극과 사람이 느끼는 영역 사이의 관계를 탐구하고자 합니다.

열감의 위치가 바뀌는 현상과 인지 면적이 넓어지는 효과를 구분해 검증합니다.

Q1

어디에서, 얼마나 느끼는가

실제 온도 분포와 사용자가 표시한 지각 지도를 비교해 위치 이동, 인지 면적 확대, 마스킹을 구분합니다.

Q2

어떤 조합에서 달라지는가

열·진동 자극의 위치, 제시 시점, 세기를 바꾸어 감각 변화가 나타나는 조건을 찾습니다.

Q3

다시 착용해도 유지되는가

접촉 상태와 반복 사용에 따른 출력·지각 변화를 확인하고, 재현 가능한 조건을 정리합니다.

LOOKING AHEAD

앞으로 더 살펴보고 싶은 것들.

유연 소자의 물리적 출력이 사람의 감각으로 이어지는 과정에 관심이 있습니다. 다음 질문들을 중심으로 연구를 확장하고자 합니다.

열과 진동의 상호작용

열 자극에 진동의 위치와 시점을 더하면, 느껴지는 열감의 위치와 범위는 어떻게 달라질까요?

착용 상태와 감각 재현성

피부와의 접촉이나 움직임, 다시 착용하는 과정이 소자의 출력과 감각 경험에 어떤 영향을 주는지 살펴보고자 합니다.

가상환경과의 연결

가상 물체의 상태와 열촉각 피드백을 연결할 때, 사용자가 어떤 단서를 얻는지 알아보고 싶습니다.

RESEARCH PRINCIPLE

좋은 소자를 넘어,
설명할 수 있는 경험으로.

소재와 구조, 제어가 잘 작동하는지 확인하는 데서 나아가, 사람이 실제로 무엇을 느끼고 어떤 조건에서 그 경험이 유지되는지 밝히고자 합니다.

소자를 만드는 과정과 실제 구동에서 드러나는 차이를 기록하고, 다음 실험의 질문으로 이어갑니다.