LED 매트릭스로 만든 물결 시뮬레이션은 시각적으로는 훌륭하지만 결정적인 결함이 하나 있다. 완벽하게 조용하다는 것이다. 취미 전자공학자 mitxela는 이 침묵을 메우는 방법을 고민하다가, 기계식으로 점을 뒤집는 플립닷(flipdot) 디스플레이라면 물이 찰랑이는 듯한 소리를 자연스럽게 만들어 줄 수 있다는 점에 착안했다. 여기에 '플립 유체(flip fluid)'라는 말장난까지 성립하면서 EMF2026 설치 작품으로 프로젝트가 시작됐다. 이 글은 완성작 시연보다는 그 과정에서 부딪힌 하드웨어 설계 문제에 초점을 맞춘다.
왜 직접 만들 수밖에 없었나
첫 번째 장벽은 부품 조달이었다. 이런 유형의 플립닷을 만드는 제조사는 사실상 한 곳만 남았고, 소수의 예술 스튜디오와 독점 계약을 맺고 있다. 가장 유명한 Breakfast Studio는 5만 달러 미만 예산인 상대와는 아예 대화조차 하지 않는다고 한다. 필자는 과거 대형 플립닷을 보유한 회사에서 계약 업무를 하며 급여를 포기하는 조건으로 그 장비에 유체 시뮬레이션을 돌려보게 해달라고 제안했지만 거절당했다. 결국 남은 선택지는 폐기된 구형 패널을 구해 직접 구동 회로를 만드는 길이었다. 'Look Mum No Computer'로 알려진 Sam이 버스 등에서 나온 것으로 추정되는 낡은 플립닷 더미를 기증받아 보관하고 있었고, 더 나은 구동 방식을 찾아온다는 약속을 조건으로 몇 장의 패널을 넘겨받았다.
확보한 패널은 2007년 제조로, 해상도는 13×28이다. 점이 7개 단위로 묶여 생산돼 28이 나왔고, 13은 설계자의 소수(prime number) 취향에서 비롯된 것으로 보인다. 플립닷의 각 점은 비휘발성이라 전원이 꺼져도 상태를 유지한다. 점 안쪽과 베이스에 각각 영구자석이 있고, 두 개의 코어를 극성화해 점의 방향을 결정하는 구조다. 단순히 코일로 자성 부품을 미는 것이 아니라는 점이 설계를 까다롭게 만든다.
속도와 전력이라는 근본적 상충
두 번째 문제는 속도다. 원래 구동 회로는 패널 하나를 갱신하는 데 약 1초가 걸린다. 패널 전체가 하나의 큰 매트릭스로 배선돼 있어 갱신 속도에 한계가 있기 때문이다. 참고가 된 mikeselectricstuff의 Mike에 따르면, 점이 실제로 뒤집히는 데는 약 60밀리초가 걸리지만 코어를 극성화하는 데 필요한 펄스는 길어야 1밀리초 남짓이다. 이 점을 활용해 열마다 두 번의 펄스로 처리하면 28개 열을 약 56밀리초 만에 갱신할 수 있다는 계산이 나온다. 이는 점 하나가 뒤집히는 시간과 비슷한 수준이다.
문제는 전력이다. 코일 저항이 약 18옴이라 12V에서 666mA가 흐르고, 더 빠른 펄스를 위해 15~24V를 쓰면 코일당 1A를 넘긴다. 행이 13개인 이 패널만 해도 열마다 13암페어를 밀고 당길 수 있는 회로가 필요하고, 큰 패널은 더 버거워진다. 매트릭스를 잘게 쪼개면 전력 부담은 줄지만, 이번엔 시각적 결함이 생긴다. 점들이 조금이라도 어긋나게 뒤집히면 4×4나 8×8 단위로도 체커보드 형태의 얼룩이 순간적으로 지나가는데, 유체 시뮬레이션에는 용납하기 어려운 아티팩트다.
기존 기판에 얹는 우회로
모든 점을 떼어 새 기판에 옮기는 방안도 검토됐지만 포기했다. 얇은 자석 권선과 잘 녹는 연질 플라스틱 탓에 점이 매우 약해, 최고급 장비로도 탈납과 재납땜에 드는 시간이 상업 제품을 넘어서는 비용으로 되돌아오기 때문이다. 대신 Mike는 기존 기판 뒷면에 바로 납땜하는 새 보드를 제안했다. 소형 모터용으로 나온 값싼 H-브리지 칩(MX6208, BE6208, LK6208 등)은 12V에서 동작하고 레벨 시프팅이 필요 없으며 보호 다이오드가 내장돼 있고, 한 개로 점 하나를 직접 구동할 수 있다. SOIC-8 패키지에 연속 0.5A 정격이라 짧은 펄스에는 충분하다. 다만 펄스 간섭을 막으려면 기존 기판의 열 트랙을 모두 잘라야 한다는 단점이 있다.
대안으로 직렬 커패시터 방식도 있다. 브리지가 하이로 갈 때 커패시터를 통해 펄스가 흘러 점을 뒤집고, 완충 상태를 유지하다가 로우로 당기면 역펄스가 점을 되돌린다. 점당 풀 H-브리지 대신 하프 브리지만 있으면 되지만, 로직 신호로 하이 측을 제어하려면 별도 트랜지스터가 필요하다. 참고한 프로젝트는 점마다 모스펫 3개와 풀 저항 3개, 큰 커패시터를 쓰고 7개 묶음마다 전용 마이크로컨트롤러와 4층 기판을 동원한다. 상하 스위치가 동시에 켜지면 폭발하는 위험까지 안는다. 반면 H-브리지 칩은 값싼 595 시프트 레지스터와 조합하면 더 저렴하고 단순하며, 각 점의 한쪽 핀을 접지하면 트랙을 자르지 않아도 돼 납땜 부담까지 줄어든다는 매력이 있다.
결국 이 프로젝트는 '상업 제품보다 싸고 빠른 플립닷'이라는 제약 안에서 부품 하나하나의 단가와 기판 공간을 저울질하는 작업이다. 게이트 드라이버는 레벨 시프팅과 대전류 펄스를 제공하지만 가장 싼 것도 H-브리지 칩의 스무 배 가격이라, 수천 개 점으로 확장하면 비용이 눈덩이처럼 불어난다. SOT-23 패키지의 H-브리지는 배치에 유리하지만 표준 풋프린트가 없어 수십 종을 비교해도 확신이 서는 부품이 없었다. 고전압 시프트 레지스터인 CD4094는 12V에서 동작하나 출력이 10mA에 불과해 쓸 수 없다. 이상적인 부품, 즉 적당한 전압에서 대전류 푸시풀 출력을 내는 시프트 레지스터는 존재하지 않는다는 결론이 이 분투기의 현주소다. 폐기 직전의 산업용 부품을 되살려 쓰려는 시도가 왜 그토록 어려운지, 그리고 상업 제품의 높은 가격 뒤에 어떤 설계 난제가 숨어 있는지를 실무자 관점에서 잘 보여주는 사례다.