AI로 학습된 메타물질로 360도 구조광 3D센서 구현
- 자율주행차·로봇 등 전방위 환경 인식에 활용 가능 -
□ 국내연구진이 인공지능(AI) 기술과 나노광학 기술을 융합하여 자율주행자동차와 로봇의 전방위 주변 환경 인식에 활용 가능한 360도 구조광 3D센서 구현이 가능한 메타표면* 설계법을 개발하였다.
* 메타표면: 빛의 파장보다 작은 나노 구조체의 배열로 이루어진 첨단 광학 요소.
□ 한국연구재단(이사장 이광복)은 포항공과대학교 백승환 교수와 노준석 교수 공동연구팀이 AI 기반의 메타표면을 설계법을 개발하여 360도 홀로그램 구조광 설계와 제작에 성공했다고 밝혔다.
□ 구조광은 빛의 패턴을 만들어 투사하는 기술로 3차원 이미징, 홀로그램, 라이다*를 비롯해 넓은 시야각을 지닌 증강현실(AR)과 가상현실(VR) 기기에 사용된다.
* 라이다(LiDAR): 발사된 빛이 물체에 반사되어 돌아오는 시간을 측정하여 이미징 시스템으로부터 물체까지의 거리를 측정하는 기술.
○ 하지만, 기존 구조광 기술은 시야각이 제한적이며, 원하는 임의의 빛 패턴을 만들 수 없어 360도 전 방향 환경 인식과 상호작용을 위해 많은 수의 광원을 사용해야하는 어려움이 있었다.
□ 연구팀은 AI와 컴퓨터비전 기술, 나노 기술을 접목한 다학제적 연구를 통해 나노광학 소자인 메타표면에 빛을 투사하면 원하는 360도 구조광 패턴의 빛을 만들 수 있는 AI기반 메타표면 설계법을 개발하였다.
□ 새로운 AI기반 설계법은 인공신경망 학습방법을 통해 나노광학 소자인 메타표면에 빛이 동시에 투사-반사되어 360도 전 방향으로 전파되어 원하는 임의의 구조광을 만들 수 있다.
○ 연구팀은 새로운 설계법으로 제작한 메타표면을 적용한 360도 카메라-구조광시스템을 이용하여 세계 최초로 360도 전방위 홀로그램과 구조광기반 360도 3차원 이미징 기술을 실증하였다.
○ 본 기술을 이용하면 애플 face ID보다 10배 이상 작은 디바이스 제작이 가능하며, 고전적인 회절광학의 낮은 설계 자유도와 큰 크기 문제를 메타광학으로 극복할 수 있다.
□ 백승환 교수는 “360도 구조광 기술은 360도 주변 환경을 인식해야 하는 로봇과 자율 주행 자동차를 비롯해 시야각을 높여야 하는 가상/확장현실(VR/AR) 시스템을 비롯해 360도 전 공간에서 자유롭게 상호작용할 수 있는 인간-컴퓨터 밀착 기술 등 다양한 분야에 응용이 가능할 것으로 기대된다”고 밝혔다.
□ 노준석 교수는 “다중 메타표면 구조체에 대한 후속연구를 통해 지금 기술보다 한 단계 더 발전된 전면과 후면의 홀로그램 구조광이 동일하여 완벽한 자유도를 가지는 360도 구조광을 만들 계획이다”라고 부연했다.
□ 이 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 우수신진연구사업(백승환)과 중견연구사업(공동 교신저자 노준석)의 지원으로 수행되었으며, 연구 성과는 광학 분야 국제학술지 네이처 포토닉스(Nature Photonics)에 6월 11일 게재되었다.
