촉각과 포스 피드백 기기

촉감 유도
이 책에서 다룬 인간-컴퓨터인터페이스의 고급 기술이 특히 많이 다루는 주요 감각
세 가지 중에서 시각과 청각 채널 두 가지에는 개발이 상당히 집중돼왔다. 단지 실생
활에서 이 두 가지 채널에 폭넓게 의존하고 정보가 더 많이 알려져 있기 때문이기도
급 기기뿐 아니라 전반적인 제품군까지로 낮아진 이유가 크다. 이에 비해 촉감을 활 하지만, 더 고해상도 디스플레이와 저지연 센서에 대한 요구 같은 기술적 장벽이 고
용하는 기술에는 상업적인 개발이 훨씬 덜 이뤄졌다.

9장, '감각의 구조'에서 알아본 것처럼, 신체의 감각 체계에는 전반적인 촉감에 기여 하는 두 가지 큰 하부 시스템이 있다. 그 첫 번째인 촉각은 외부 압력, 진동, 퍼덕거림, 질감, 피부 확장 등 기계적 자극을 감지, 인지하는 능력을 맡는다. 두 번째인 운동감 은 근육, 힘줄에 작용하는 긴장 및 기타 힘을 감지한다. 각각 감지할 수 있는 다양한 기계적 자극의 종류에 고도로 특화된 만큼, 가상현실/증강 현실 애플리케이션에서 유용한 방식으로 촉각을 활용하는 데 필요한 기계적 자극의 범위를 인공적으로 만들어내려면 고도로 특화된 기술이 필요하다.

그래서 이 장에서 다루는 실행 기술 사례는 주로 촉각적 피드백을 제공하는 것과 표 스(운동감) 피드백을 제공하는 것 두 가지로 크게 나누겠다. 이 책에서 실행 기술을 다루는 다른 장과 마찬가지로, 여기에 제시된 솔루션은 절대로 전체를 다 담은 목록 이 아니며 전 세계의 정부, 대학, 기업 연구소에서 진행 중인 개발 프로젝트 수십 개 중 극히 일부임을 다시 한 번 강조한다.

촉각 피드백 기기
이 책을 읽는 독자는 아마도 모두 모바일 기기가 손에서 울리거나, 다양한 비디오 게 임 컨트롤러와 입력 기기를 통해 드르륵 갈리는 듯한 진동감을 경험해본 적이 있을 것이다. 이런 감각은 ERM(편심 회전체) 진동 모터라는 기계적 발동기에서 만들어내는 경우가 가장 많다. 그림 10.1처럼, ERM은 그 축에 중심에서 벗어나거나 특이하게 생긴 덩어리가 달린 미니 DC 모터다. 축이 회전하면(보통 매우 고속으로), 편심체는 이 축의 회전축에 직각으로 구심력을 발생시킨다. 이 힘이 모터가 부착된 물체나 컴포넌트에 전달되며 진동을 일으킨다.

이런 장치는 설계가 단순하면서도 매우 효과적이며, 모터에 적용되는 전압을 바꾸면 속도와 그에 따른 구심력 및 진동주파수를 쉽게 제어할 수 있다. 편심회전체 모터는 크기와 진동력이 다양해서 다양한 촉각을 발생시킬 수 있다.

그림 10.1 편심회전체 진동 모터의 전개도
출처: 이미지 제공 - 프리시전 마이크로드라이브 햅틱 모터(www.PrecisionMicrodrives.com)

모바일 컴퓨팅 플랫폼과 입력 기기에 더 많은 컴포넌트와 성능을 넣으려는 노력이 지 속된 결과, 팬케이크 진동 모터pancake vibrator motor라는 ERM 모터의 유형이 개발됐다. 그림 10.2처럼 팬케이크 모터는 여타 ERM과 같은 원리로 기능한다. 편심체 디스크가 가늘고 폐쇄된 하우징 안에서 회전해, 이 구심력이 모터가 부착된 물체나 컴포넌트에 전달돼 진동을 유발하는 것이다[프리시전 2015].

그림 10.2 편심체 진동 모터의 변형인 팬케이크 진동 모터의 전개도
출처: 이미지 제공 - 프리시전 마이크로드라이브 햅틱 모터(www.PrecisionMicrodrives.com)

애플리케이션에 따라 팬케이크 진동 모터는 여러 장점이 있는데, 가장 큰 장점은 크 기가 작다는 것이지만 그 외에도 바깥쪽은 움직이지 않아서 빽빽한 컴포넌트 설계 시 공간을 더 효율적으로 사용할 수 있다는 것도 큰 강점이다.

진동 촉각 단서의 발생을 활용하는 또 다른 작동기군으로 선형 반향 작동기LRA 진동 모터가 있다. 그림 10.3처럼, 자기체는 스프링과 보이스 코일 사이에 자리 잡는다. 코 일에 전류를 흘려보내면 자기체는 단일 축을 따라 스프링을 누른다. 그리고 코일을 따라 흐르는 전류 방향을 바꾸면 반대 방향으로 움직인다(DC인 ERM과 달리 AC 기기가 되는 것이다). 팬케이크 진동 모터와 마찬가지로 LRA는 크기가 작고 외부의 움직이 는 부분도 없어서, 애플리케이션이 촉각 단서를 발생시키는 소형 기기에 이상적이다.

그림 10.3 선형 반향 작동기 모터의 전개도
출처: 이미지 제공 - 프리시전 마이크로드라이브 햅틱 모터(www.PrecisionMicrodrives.com)

이제부터 살펴볼 두 기기에는 편심 회전체와 선형 반향 작동기 진동 모터의 다양한 조합이 활용된다.

글러브원

지금까지 개발된 가장 전망 있는 대중 시장용 촉각 피드백 입력 기기로 스페인 알메 리아의 뉴로디지털 테크놀러지NeuroDigital Technologies가 선보인 글러브원Gloveone 인터페 이스가 있다. 수년간 개발한 이 경량 장갑은 센서와 진동 촉각 작동기를 탑재해, 컴퓨· 터 화면이나 헤드마운트 디스플레이에 보이는 가상 물체와 상호작용할 때 섬세한 촉 감을 제공한다. 그림 10.4처럼 글러브원의 컴포넌트는 다음과 같은 하위 시스템으로 나눌 수 있다.

• 작동기: 글러브원에는 손가락 끝마다 하나씩, 그리고 손바닥 전반에 다섯 개로 총열개의 미니어처 LRA가 있다.

• IMU 센서: (6) 3축 IMU가 손가락의 굴곡, 확장, 측면 운동을 트래킹한다. 손의
  전체적 방향은 컨트롤러에 있는 (1) 9축 IMU로 트래킹한다.

• 전도 섬유: 전도성 니트 섬유를 엄지, 검지, 중지 끝과 엄지 안쪽 접히는 부분 근
  처의 손바닥에서도 사용해 명령어의 제스처 트리거가 가능하다(꼬집기, 주먹
  쥐기 등),

• 컨트롤러: 손등에 탑재된 마스터 컨트롤러에는 기기의 마더보드, 블루투스 4.0
  센서, IMU, USB 포트, 파워 버튼, 리튬 폴리머 배터리가 있다.

그림 10.4 뉴로디지털 테크놀러지의 글러브원 인터페이스는 손가락 끝과 손바닥 전반에 걸쳐 있는 작동기 열 개를 사
용해 설득력 있는 촉각을 생성한다.
출처: 사진 제공 뉴로디지털 테크놀러지

열 개의 진동 촉각 작동기마다 1,024가지의 서로 다른 강도와 주파수를 만들어서, 광 범위한 촉각을 생성할 수 있다(10×1024의 개별 설정과 조합). 이 책을 저술하는 시점 에 손가락의 움직임과 손의 회전 트래킹에는 IMU가 사용되긴 하지만, 기기의 포지션 (X, Y, Z) 트래킹, 이어지는 사용자의 손 트래킹에는 리프 모션 컨트롤러, 인텔 리얼 센스, 마이크로소프트 키넥트 같은 서드파티 기기의 이용이 동반된다. 제조사에 따르 면, 현재 10~15 밀리초 범위에 이르는 내장 센서의 지연율 때문이기도 하다.
글러브원 매니저 소프트웨어 유틸리티로 기기를 조종하고, 광범위한 개발과 테스트 를 실행할 수 있다. 그림 10.5는 이 유틸리티의 스크린샷이다.

그림 10.5 글러브원 매니저 소프트웨어 유틸리티의 작동기 설정과 테스트 모드 스크린샷
출처: 사진 제공 뉴로디지털 테크놀러지

이 기기는 애초에는 게임과 엔터테인먼트 시장을 타기팅했지만, 다른 방면으로도 이 미 응용이 이뤄지고 있다. 예를 들어 2015년 말 뉴로디지털 테크놀러지는 런던 왕립 대학과 제휴로 글러브원 기기를 시뮬레이션 과정에 사용하는 복강경 검사기 가상 트 레이너를 공동 개발했다[커스버트슨(Cuthbertson), 2015].

테슬라수트

몸의 표면에서 전기 충동의 촉각 정보 전송은 일반적으로 일렉트로택틸, 혹은 전자 피부 자극이라고 한다[보비치(Bobich) 등 2007; 카지모토(Kajimoto) 등 2004; 카츠마렉(Kaczmarek) 과 하스(Haase) 2003; 메니아(Menia)와 반 도렌(Van Doren) 1994; 히가시야마(Higashiyama)와 롤먼 (Rollman) 1991; 타시로(Tashiro)와 히가시야마 1981]. 이런 기법은 수십 년 동안 연구됐지만, 대 부분은 감각을 대체하는 애플리케이션(한 감각의 기능이나 출력을 다른 감각의 자극으 로 이용)과 인공 기관, 원격 로봇공학의 기능성과 사용성을 높이는 데 집중돼왔다[다닐 로프(Danilov) 등 2008; 탕(Tang)과 비비(Beebe) 2006; 몽크먼(Monkman) 등 2003].

일렉트로택틸 자극은 신경근육 자극과 밀접한 연관이 있는데, 전기 충동으로 선택 된 근육군을 자극하는 의료와 프로 스포츠에서 폭넓게 사용하는 치료요법이다[두셋 (Doucet) 등 2012; 셰플러(Sheffler)와 체이(Chae) 2007; 레이크(Lake) 1992]. 이 기술은 방향 안내,내비게이션, 콕핏 내 커뮤니케이션, 전정 대체 등 다양한 애플리케이션에서도 활용됐
다[밴 어프(Van Erp)와 셀프(Self) 2008; 다닐로프(Danilov) 2008; 즐로트니크(Zlotnik) 1988].

오늘날까지 일렉트로택틸이나 신경근의 역량은 엔터테인먼트산업에서 거의 효과적 으로 활용되지 못했으며, 가상 및 증강현실 시스템의 실행 기술로서 활용되는 경우 는 더더욱 적었다. 부분적으로는 소형화의 기술적 난점과 엄청난 가격, 전기적 촉감 과 기계적 자극 수용기의 크기와 기능 간 차이, 그리고 몸의 서로 다른 부분에 따라 전기적 촉감과 기계적 자극 수용기가 다르게 분포하는 등 여러 연관된 생리 요인에 대한 이해가 부족했기 때문이다. 하지만 이를 비롯한 여러 장벽이 하나씩 해결돼가고 있으며, 그에 따라 최신 촉각 인터페이스 디자인 역시 성장할 것으로 전망된다.

이런 발전을 활용하는 시스템 중 한 사례가 그림 10.6의 테슬라수트 DK1으로, 스코 틀랜드 세인트앤드루스의 테슬라 스튜디오에서 개발했다.

그림 10.6 풀 바디 테슬라수트 DK1은 모듈형이며 조끼, 바지, 벨트(중앙 제어 유닛 탑재), 장갑으로 구성된다. 전체 시 스템은 현재 일렉트로택틸 자극점 60개가 들어있다.
출처: 이미지 제공-테슬라 스튜디오

9장에서 살펴본 대로, 사람의 피부는 특화된 피부 촉각 수용기의 복잡한 네트워크로
가득하다. 기계적 자극을 받으면 이 수용기는 구심 신경 섬유를 따라 중추 신경계에 작은 전기 충동을 전달한다. 그림 10.7처럼 테슬라수트 DK1은 섬유에 심은 미니어처 전극으로 미세하고 통제된 고통없는 전기자극을 사용자 피부의 전략적으로 선택한 수십 개 지점에 가해 구심 신경 섬유를 자극한다.

그림 10.7 테슬라수트 DK1의 일렉트로택틸 자극점 배포를 보여주는 일러스트 출처: 이미지 제공 - 테슬라 스튜디오

제조사가 택틸 에디터라고 부르는 소프트웨어 제품군으로 충동 패턴의 인코딩을 조 정해, 사용자가 다양한 애플리케이션의 요구 사항에 맞는 촉각을 직접 조절할 수 있 다. 자극 빈도, 진동의 폭/지속 시간, 강도/진폭, 가속 시간, 진동 패턴 등의 요인을 바 꾸면 폭넓고 다양한 감각을 만들어내 실제의 물리적 자극을 시뮬레이션할 수 있다.

풀 바디 테슬라수트는 재킷, 바지, 벨트, 장갑을 포함한 여러 컴포넌트로 구성된다. 현재 수트 전체에는 개별 자극점 60개가 들어있다. 벨트에 있는 고성능 마이크로 컨트롤러는 블루투스 4LE (저 에너지) 연결로 다른 수트 컴포넌트와 통신한다.

테슬라수트 DK1은 여러 9축 IMU 센서를 통합해(11장, '위치, 방향, 동작 추적용 센서'
참조) 모션 캡처 요구 사항에도 대응한다.

햅틱 오디오와 촉각 사운드 변환기

9장에서 논한 촉각과 운동감 수용기는 사운드로도 자극할 수 있다. 예를 들어 비행기 의 낮은 덜컹거림, 다가오는 헬리콥터의 둔탁한 진동, 바닥과 좌석을 진동시키는 폭 발 같은 촉감을 사운드 효과가 발생시킬 때 영화를 보는 경험이 훨씬 더 참여적이고 몰입적이 된다는 데 대부분이 동의할 것이다. 사실 일반 스피커가 저주파 사운드와 진동을 만들어내도록 설계된, 고도로 전문화된 전자 기계 기기군이 있다. 스피커 스 킨과 달리 넓은 표면에 작동하도록 설계된 이들 기기는 촉각 사운드 변환기, 혹은 베 이스 셰이커라 하는데, 군용 시뮬레이션 애플리케이션, 나이트클럽 플로어, 그리고 디즈니와 유니버설 스튜디오 등 놀이 공원에서 광범위하게 사용된다.

지난 수년간 가상 및 증강 현실에 대한 관심이 극적으로 부활하면서, 이런 기기 다수 는 게임과 엔터테인먼트 부문에서 새로운 틈새시장을 찾았다.

서브팩

원래는 새로운 음악 트랙의 낮게 둥둥거리는 베이스 라인이나 영화에 추가되는 특수 사운드 효과처럼 오디오 프로덕션의 범위를 전체를 경험해야 하는 사운드 엔지니어 와 DJ가 사용하도록 설계된 그림 10.8의 서브팩 S2 (스튜디오)는 의자에 장착할 수 있는 촉각 사운드 변환기다. 주파수 반응 범위가 5에서 130Hz인(7장, '청각의 구조'에서 사람 청각의 하한선이 20Hz라고 설명한 것을 기억하자.) 서브팩은 저주파 진동을 몸에 전달하는 변환기가 있으므로 사용자가 문자 그대로 사운드를 '느낄' 수 있다.
서브팩은 고도로 설득력 있는 촉각과 깊이감을 저주파 사운드 효과에 추가하는 기능 덕분에 전문 게이머와 VR 팬에게 꾸준히 좋은 평가를 받고 있다. 벽을 울려대는 서브 우퍼와 달리 서브팩 자체는 비교적 조용하다. 다시 한 번 말하지만, 이 기기를 통해서 는 실제로 소리를 듣는 것이 아니라 느끼게 된다.

그림 10.8 서브팩 S2는 가장 강력하고 정확한 착석형 촉각 베이스 솔루션 중 하나다. 서브팩 M2는 웨어러블 버전으로 똑같은 독자적 촉각 변환기를 활용한다.
출처: 이미지 제공 - Marwan Balaid(http://mar-one.tumblr.com/)

서브팩의 부드러운 네오프렌 외장과 잘 디자인된 인체공학적 형태는 사용자의 등에 최대로 접촉한다. 서브팩은 세 점 스트랩 시스템으로 의자에 단단히 고정된다. 작은 컨트롤 유닛은 표준 3.5mm 스테레오 잭을 통해서나 A2DP 스트리밍을 통해 블루투 스 4.0으로 오디오 입력을 받을 수 있다. 헤드폰 연결을 위한 출력 잭도 있다.

모바일 솔루션을 요하는 애플리케이션에 서브팩은 같은 범위의 성능과 기능을 제공 하는 M2 (모바일)라는 웨어러블 버전도 생산한다.

우저

가상 및 증강 현실 커뮤니티의 게임 부분에서 상당한 인기를 얻고 있는 촉각 사운드 변환기로 이스라엘 텔아비브에 있는 우저 주식회사에서 생산하는 모바일 웨어러블 액세서리 우저도 있다. 그림 10.9처럼 우저는 셔츠에 자석으로 붙이거나 벨트 에 클립으로 고정하는 탄성 스트랩을 이용해 사용자의 가슴과 직접 접촉하도록 부착하는 성냥갑보다 조금 큰 조용한 웨어러블 폴리포닉(여러 사운드를 동시에 산출) 변환기다.

그림 10.9 우저는 특허권이 있는 폴리포닉 변환기로, 풍부하고 감정을 자극하는 초저주파 베이스 톤을 몸에 전달하는 웨어러블 촉각 기기며, 이를 통해 사용자는 사운드 감각을 느낄 수 있다.
출처: 이미지 제공 -우저-Born to FEEL

제조사에 따르면 우저는 인지적 추론에 의존하는데, 사람의 두뇌가 이전 경험을 통해 구축된 내부 신경의 재현에서 비롯된 예측을 근거로 감각 자극을 추론하는 능력이다 [우저 2013; 아겔로풀로스(Aggelopoulos) 2015].

이 제품의 굉장히 독특한 기능은 폴리포닉 진동 발생에 소프트웨어나 알고리즘을 사용하지 않는다는 점이다. 즉 오디오 입력에서 나온 신호를 수신할 때와 이에 상응하는 진동이 만들어질때 지연 시간이 최소한(~1ms)이므로, 귀가 듣는 바와 몸이 느끼는 바의 차이가 없다는 뜻이다.

우저 1.0의 스펙을 보면 0~500Hz의 주파수 반응범위, 세가지 진동 수준 제어 스위치, 충전 가능한 리튬이온배터리, 마이크로USB 충전포트, 온/오프와 오버드라이브를 나타내는 적녹 LED, 진동과 동조화돼 점멸하는 파란 LED와 3.5mm 아날로그 오디오 포트 한 쌍(플레이어용 하나, 헤드폰 하나)이 있다.우저 2.0은 좀 더 작고, 케이블을 없애기 위해 블루투스4.0을 갖췄다.

클라크 신테시스 풀 컨택트 오디오 택틸 사운드 변환기

의자, 소파, 바닥 같은 물체나 표면에 단단히 부착하는 부류의 또 다른 촉각 변환기군 도 있다. 대부분의 변환기는 코일이나 자석으로 구동되는 작은 추를 넣어 고음질의 사운드-모션 증강을 제공한다. 고성능 시뮬레이션과 훈련에서 이런 촉각과 운동감 단서가 주어질 때 정확한 정신운동성 반사 능력이 커지고, 훈련 경험이 더욱 풍성해진다.

이 시장에서 고성능 변환기를 생산하는 선도 업체로 콜로라도 리틀턴의 클라크 신테시스가 있다. 그림 10.10처럼, 여러 모델 중 하나인 TST329 골드 트랜스듀서는 전세계적으로 극장부터 상용/군용 차량 시뮬레이터까지 아우르는 전문가용 오디오/비디오 애플리케이션에 사용된다.

그림 10.10 클라크 신테시스 TST329 골드 트랜스듀서는 전 세계의 전문가용 시뮬레이션과 훈련 애플리케이션에서 사용되는 고음질 사운드 모션 증강 기기다.
출처: 사진과 일러스트레이션 제공 클라크 신테시스

이런 촉각 사운드 변환기군은 보통 제대로 작동하려면 앰프가 필요하다. 클라크 TST329 골드의 경우 임피던스 4옴의 125~150와트에서 완전한 범위의 성능에 도달 한다. 직경 20센티미터, 높이 6센티미터며 기기의 주파수 반응은 10~17Hz다.

포스 피드백 기기

포스 피드백 기기는 접촉력, 진동, 동작을 사용자에게 적용해 촉감을 준다[로블레스-데 -라-토레(Robles-De-La-Torre) 2010]. 설득력 있는 경험을 제공하고 사람의 경험에 맞추기 위해, 기기가 행사하는 최대의 힘은 사람이 만들 수 있는 최대한의 힘에 맞거나 그보다 커야 한다 [라이사모(Raisamo)와 라이사모 2007]. 그럼 증강 및 가상현실 시스템에 적용
되는 다양한 혁신적 포스 피드백 솔루션을 살펴보자.

사이버글러브 시스템 사이버그래스프

작동자가 수동으로 컴퓨터가 생성한 모델과 상호작용하거나, 실제로 느끼거나, 로봇의 능란한 최종 작동체를 정확히 조종하는 기능이 필요한 고도로 전문화된 산업용, 방위용 애플리케이션은 무수히 많다. 그런 애플리케이션은 다양한 영역의 복잡한 시뮬레이션과 유인 우주 비행의 훈련 시나리오부터 안전거리에서 위험 물질 처리를 해야하는 원격 로봇공학 애플리케이션까지 다양하다. 이런 중요 작업에서 전 세계적으로 활용되는 선도적 기기로 사이버그래스프CyberGrasp라는 힘 반영 외골격이 있는데, 캘리포니아 산호세의 사이버글러브 시스템에서 제조한다.

그림 10.11처럼, 사이버그래스프는 데스크톱 유닛의 작동기 다섯 개에서 기기의 손가락 끝으로 라우팅되는 힘줄(케이블) 네트워크로 저항성 포스 피드백을 손가락마다 제공하는 경량의 힘 반영 외골격이다. 사이버그래스가 손가락마다 행사하는 힘은 최대 12뉴튼(12킬로그램 힘(IbF)과 동등)이다. 사용 시 사이버그래스프는 전체 동작 범위에 걸쳐 손가락 끝에 거의 직각으로 힘을 전달한다(혹은 손가락을 긴장시킨다. 기기는 그 전체를 세세하게 설정할 수 있어, 손가락마다 개별적인 프로그래밍도 가능하다.
사이버그래스를 사용할 때는 가상 캐릭터나 원격 조정 시스템을 조종하기 위해 손가락을 구부리고 펼친 정도를 정확하게 측정해야 한다. 그럴 때를 위한 그림 10.11의 사이버글러브 같은 데이터 장갑 입력 기기에 대해서도 이 회사는 글로벌 선도 공급 업체로 손꼽힌다. 사이버글러브의 고급 버전은 12장, '내비게이션과 상호작용 구동 기기'에서 자세히 살펴보겠다.

사이버그래스프 시스템의 사용은 연구소나 작업장의 고정된 곳에 국한되지 않는다.
작동자의 이동성을 요구하는 애플리케이션에서는 데스크톱 작동기와 컨트롤러를 이런 목적으로 특별히 설계된 배낭 형태로 착용할 수 있다.

그림 10.11 사이버그래스프는 사이버글러브 데이터 장갑에 맞춰 사용자 손가락에 저항하는 포스 피드백을 제공하는 경량의 힘 반영 외골격이다.
출처: 사진 제공 CyberGlove Systems/CyberGraspⓗ

지오매직터치 X 햅틱 기기
모델 제작자부터 의사, 화학자, 엔지니어까지 개인이 복잡한 3D 구조의 생성, 조작, 조각, 다듬기 등과 같이 수동으로 상호작용해야 하는 애플리케이션 영역이 존재한다. 외과 의사가 수술실에서 실제로 수술하기전에삐절단과 셰이핑을 연습하거나, 화학자가 약물 분자를 세포내수용영역에 안착시키거나, 기계공학자가 복잡한 가상 조립 작업을 하는 등이 그것이다.

이런 애플리케이션에서 고해상도로 고도의 힘을 산출하는 광범위한 양방향성의 매우 직관적인 포스 피드백 기기군은 디지털 모델과 긴밀한 수동 상호작용을 가능하게 해준다. 매우 작은 기기 중에서 가장 널리 사용되는 것으로는 노스캐롤라이나 모리스빌의 지오매직사가 만든 터치 X Touch X 데스크톱 햅틱 기기가 있다.

그림 10.12처럼 터치 X는 펜 모양의 스타일러스가 있는 힘 반영 로보틱 햅틱 기기다. 작동 시 사용자는 자유롭게 스타일러스를 움직일 수 있으며, 정확히 6 DOF에 걸쳐 추적돼 스크린 속 도구들과 정확히 상응하게 된다. 기하학적 물체와 스크린 속 도구의 상호작용은 실시간으로 실제처럼 보이는 고해상도의 마찰력이 적은 포스 피드백 출력을 각 축(x, y, z)을 따라 스타일러스에 발생시킨다.

그림 10.12 지오매직터치 X는 포스 피드백을 사용자의 손에 적용하는 데스크톱 햅틱 기기로, 화면 속 물체를 조작하 며 가상의 물체를 느끼고 실제와 같은 촉각을 느끼게 해준다.
출처: 이미지 제공 - 3D시스템즈

그림 10.13 의 특허 도안(#6985133) 처럼 작동기와 케이블 드라이브에서 힘이 만들어져, 회전축마다 동력을 제공한다. 일반 작동 모드에서 기기의 위치 해상도 1,100dpi(.023mm) 이상이다. 스타일러스에 최대로 가할 수 있는 힘은 7.9뉴튼(7.9킬 로포스(lbF)와 등등)이다.

결론
이 장에서 살펴봤듯이, 가상 및 증강 현실 시스템에서 활용하는 사용자 인터페이스의 촉각과 포스 피드백의 구현은 엄청나게 진보하고 있긴 하지만, 생리적 정보 경로의 속성, 복잡성, 감지 가능한 자극의 넓은 범위를 감안할 때 상당한 과제를 안고 있기도 하다. 정확하고 비용 대비 효과적으로 손에 쥐거나 책상에 올려놓거나 몸에 착용할 수 있는 적당한 크기의 기기로 다양한 압력, 퍼덕거림, 질감, 절단력, 가장자리 등의 자극을 만들어내는 것은 공학적으로나 개발적으로 모두 엄청난 기술적 난관이다.

소비자용 촉각과 포스 피드백 기기의 개발과 생산에서 직면하는 또 다른 과제로는 회사가 크든 작든 상관없이 지적 재산권의 장벽을 꼽을 수 있다. 2001년 초부터 강력하고 광범위한 특허가 다수 출원돼 다양한 컨트롤러와 모바일 기기에 촉각과 포스 피드백 효과를 전달하는 많은 기술이 묶여버렸고, 사용료를 지불할 의지나 능력이 없는 회사들의 유망한 여러 제품이 사장됐다. 이런 특허로는 6,424,333, 6,275,213, 6,429,846(El 7,592,999, 7,982,720, 8,031,181, 8,059,105), 7,969,2880] 있다. 사실 마이크로소프트, HTC, 소니, 모토롤라(구글이 인수 후 합의) 같은 여러 회사가 대규모 침해 소송을 당했다. 하지만 사업은 사업이고, 지적 재산권 보유자인 캘리포니아 산호세의 이머전 코퍼레이션은 사용료를 받을 자격이 있다.

이런저런 이유로 나는 사람의 촉각을 정확히 갖출 혁신적인 실행 기술의 경로는 어떤 형식이든 신경 촉각 자극이 될 것이라고 굳게 믿는다. 스코틀랜드 세인트 앤드루스의 테슬라 스튜디오에서 개발한 테슬라수트 설명에서 말한 것처럼 말이다. 9장에서 배운대로 촉각의 대부분은 두뇌의 처리 중추에 전송되는 특화된 수용기에서 생성된, 일련의 고도로 구조화된 전기 충동 패턴에 지나지 않는다. 일단 다양한 감각의인 코딩 방식을 더 잘이해하면(복숭아 표면의 질감을 느끼면 항상 비슷한 자극 패턴이 나오는가?), 완전히 기계적인 자극 수용기 자체를 우회하는 방식으로 측정, 목록화, 재생 하는 법을 개발할 수 있다.

                                                     출처 - 실전 증강 현실(스티븐 옥스타칼니스 지음)