사방을 감지하는 라이다센서를 만들었다

[파이낸셜뉴스] 포항공과대학교(POSTECH) 기계공학과·화학공학과 노준석 교수·기계공학과 통합과정생 김경태·김예슬·윤주영, 성균관대 생명물리학과 김인기 교수팀이 360도 영역을 모두 감지할 수 있는 라이다 센서 시스템을 개발했다.

김경태 통합과정생은 "이 센서 시스템을 자동차 위에 하나만 설치해도 사방의 물체를 감지해낼 수 있다"고 말했다.

라이다(LiDAR) 센서는 빛을 쏴서 물체를 인식한다.

주로 자율주행 자동차가 주변 물체와의 거리를 파악하고 주행 속도나 방향을 판단할 수 있도록 돕는 '눈' 역할을 한다.

메타표면을 이용하면 라이다의 시야각을 대폭 넓힐 수 있을 뿐만 아니라 물체를 입체적으로 인식할 수 있다.

연구진은 우선 머리카락 두께보다 1000분의 1 얇은 초박형 평면 광학소자인 메타표면으로 센서를 만들었다.

메타표면을 구성하는 나노 구조체의 설계와 주기적 배열 방식을 조절했다. 또한 사람의 눈처럼 카메라 2개를 이용해 180도까지 시야 각도를 넓히는데 성공했다.

이 센서의 작동원리는 메타표면에서 사방으로 방출된 1만개 이상의 빛이 물체에 뿌려지고, 이 점 패턴을 카메라로 촬영하면 물체 정보를 3차원(3D)으로 파악하는 것이다. 방출하는 빛은 앞쪽 뿐만아니라 뒤로도 뿌려져 180도가 아닌 360도 모든 방향의 물체를 감지할 수 있다.

이러한 방식의 라이다 센서는 아이폰에서 얼굴인식 기능으로 사용되고 있다. 아이폰은 점 구름을 만들기 위해 점 생성기 장치를 사용하지만, 점 패턴의 균일도와 시야각이 제한적인 데다가 부피가 크다.

이 기술은 나노광학 소재를 이용해 핸드폰, 가상현실(VR)·증강현실(AR) 안경, 무인 로봇이 주변 환경의 3D 정보를 인식할 수 있게 만들었다.

연구진은 "나노 임프린트 기술을 활용, 안경과 같은 곡면이나 유연 기판과 같은 다양한 표면에도 손쉽게 프린팅할 수 있어 미래 디스플레이의 핵심으로 알려진 AR 글래스 등에 적용할 수 있다"고 설명했다.

노준석 교수는 "기존 메타표면 장치보다 고도화된 기술을 개발, 모든 각도에서 빛의 전파를 조절할 수 있음을 입증했다"며 "이는 초소형·고 시야각 깊이 인식 센서 플랫폼을 구현할 수 있는 원천 기술이 될 것"이라고 말했다.

한편, 연구진은 이번 연구결과를 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)'에 지난 10일 발표했다.

[e-mail] 김만기 기자