햅틱스(Haptics) 설명: 정의, 이점, 실제 응용

햅틱스란 무엇인가?

'햅틱(haptic)'이라는 용어는 '만지다'라는 뜻의 그리스어 '하프티코스(haptikos)'에서 유래했습니다. 촉각은 능동적과 수동적으로 분류될 수 있습니다. 햅틱은 주로 의사소통이나 물건 인식을 위한 능동적 촉각과 연관됩니다.

촉각을 수반하는 모든 형태의 상호작용을 가리킬 수 있습니다. 예를 들어,

• 비언어적 의사소통 분야에서 햅틱은 동물과 사람이 촉각을 통해 의사소통하고 상호작용하는 방식을 의미합니다.
• 지각 측면에서 햅틱은 말 그대로 '무언가를 파악하는 능력'을 뜻합니다.
• 기술 분야에서 햅틱스는 사용자에게 힘, 움직임, 진동을 적용해 촉각 경험을 창출하는 것을 의미합니다.

이 기사에서는 햅틱스의 역사, 구현, 응용 등 기술적 측면에 초점을 맞췄습니다. 기본부터 시작해 보겠습니다: 햅틱스는 실제로 무엇일까요?

정의: 햅틱스는 컴퓨터 애플리케이션과의 인간 상호작용에 촉각 감각과 제어를 적용하는 과학입니다. 햅틱 장치는 게임 컨트롤러, 조이스틱 같은 입출력 장치를 통해 사용자와 컴퓨터 간의 물리적 접촉을 수반합니다.

햅틱스는 어떻게 구현되는가?

햅틱 기술은 진동(Vibration)과 힘 피드백(Force feedback) 두 가지 방식으로 구현될 수 있습니다.

1. 진동: 대부분의 전자 기기는 진동을 통해 햅틱 피드백을 제공합니다. 진동은 보통 드라이브샤프트에 편심 질량이 있는 전기 모터로 생성됩니다. 샤프트가 회전하면 불규칙한 질량이 회전해 연결된 장치를 흔듭니다.

아이폰, 맥북 같은 최신 기기는 진동으로 햅틱 피드백을 제공하지만, 전기 모터 대신 마그네틱 보이스 코일을 사용해 진동을 생성합니다. 질량이 왕복 운동을 해 더 짧은 응답 시간과 정교한 햅틱 이미지를 제공합니다.

2. 힘 피드백: 많은 장치가 사용자가 잡은 물체의 움직임을 제어하기 위해 모터를 사용합니다. 운전자 보조 시스템과 레이싱 비디오 게임이 대표적입니다. 실제 차량 운전 시 경험하는 힘을 시뮬레이션하기 위해 핸들을 돌리고 액셀러레이터나 브레이크를 밟습니다.

응용 분야

햅틱 기술의 초기 버전은 위험한 비행 조건을 경고해 조종사가 '느끼고' 보이지 않는 장벽을 피할 수 있게 하는 오류 감지 네거티브 피드백 시스템을 갖춘 대형 비행기에 처음 사용되었습니다.

오라 인터랙터 힘 피드백 조끼 | 이미지 출처: Wikimedia

1970년대 초, 벨 전화 연구소에서 최초의 촉각 통신 시스템이 개발되었습니다. 20년 후, 착용형 힘 피드백 장치와 개인 햅틱 인터페이스 메커니즘을 가진 시스템이 개발되었습니다.

오늘날 햅틱 기술은 로봇공학, 의료, 가상현실 등 수십 가지 응용 분야를 가지고 있습니다.

1. 데스크톱 및 모바일 기기

아이폰에 내장된 탭틱 엔진 | 이미지 출처: iFixit

애플은 맥북 시리즈에 촉각 터치패드 디자인을 도입했습니다. 2015년, 모든 맥북에 탭틱 엔진으로 클릭을 시뮬레이션하는 '포스 터치(Force Touch)' 트랙패드를 탑재했습니다. 이 포스 터치 기술은 압력 센서를 사용해 애플 기기에 또 다른 입력 방식을 추가합니다.

대부분 스마트폰은 촉각 햅틱 피드백을 사용해 사용자에게 터치가 수락되었음을 알립니다. 일부 기기는 터치스크린과 다른 물리적 표면에 햅틱 효과를 생성하는 표면 햅틱 기술을 사용합니다.

또한 촉각 디스플레이 장치는 촉각을 사용해 그래픽과 텍스트 정보를 제공합니다. 청각장애인이나 시각장애인을 돕는 데 엄청나게 유용합니다.

2. 비디오 게임

엑스박스 원 컨트롤러의 임펄스 트리거 기술

아케이드 게임 퐁(Fonz) 같은 게임이 1970년대 중반 햅틱 피드백을 사용하기 시작했습니다. 20세기 말에는 조이스틱, 게임 컨트롤러, 스티어링 휠 같은 햅틱 장치가 보편화되었습니다.

오늘날 여러 조이스틱과 콘솔 컨트롤러에는 내장 피드백 장치가 탑재되어 있으며, 마이크로소프트의 임펄스 트리거 기술과 소니의 듀얼쇼크(DualShock) 기술이 포함됩니다.

2018년 레이저(Razer)는 와이드 주파수 햅틱 드라이버 한 쌍을 탑재한 무선 헤드셋 '나리 얼티밋(Nari Ultimate)'을 공개했습니다. 소니도 플레이스테이션 5 컨트롤러에 트리거 컨트롤의 저항을 포함해 더 정확한 햅틱 피드백을 구현하는 것을 고려 중입니다.

3. 자동차 및 항공

햅틱 피드백 기술은 차량 대시보드에 장착된 대형 터치스크린 제어 패널에도 통합되었습니다. 터치 명령에 대한 확인을 제공해 운전자가 도로에서 눈을 떼지 않아도 되게 함으로써 안전성을 높입니다.

제한 속도 초과 시 경고 진동 패턴 같은 추가 햅틱 정보도 제공합니다.

항공 산업도 비행 외곽 한계가 조종성에 미치는 영향을 전달하기 위해 햅틱 기술을 채택했습니다. 햅틱 시스템은 힘과 강성 피드백을 사용해 실속, 과속, 과도한 하중 계수 같은 안전하지 않은 비행 상태에 진입할 위험을 완화합니다.

4. 로봇공학

텔레프레즌스를 통해 복잡한 작업을 수행하기 위해 '햅틱스'라는 새로운 로봇 제어 기술이 개발되고 있습니다. 예를 들어 수술 로봇은 의사가 지구 반대편에서 수술하거나, 손으로 다루기 너무 작거나 좁은 물체를 조작할 수 있게 합니다.

여러 연구에 따르면 로봇 제어에 햅틱 피드백을 통합하면 정확도가 향상되고 조직 손상이 줄어듭니다. 또한 의사가 가상현실에만 존재하는 환자로 훈련하면서 실제 절개와 봉합의 감각을 느낄 수 있게 합니다.

이런 로봇은 재난 현장에서 사람 구조, 폭탄 해체, 우주 유영 준비 없이 우주선 기기 수리 등 다양한 상황에서도 유용할 것입니다.

연구자들은 120개 마이크로플루이딕 액추에이터가 장착된 햅틱 장갑을 개발했습니다. 이 액추에이터는 실제 물체가 닿는 것과 같은 방식으로 사용자 피부를 누릅니다. 첨단 인체형 로봇 손에 장착하면 온도, 힘, 진동 등 사람 손가락 끝이 느낄 수 있는 모든 것을 감지할 수 있습니다.

참고: 로봇 15가지 유형 | 설명

5. 의료

전체 손 햅틱스 | 출처: 영상 분석 센터

의료 분야에서 햅틱 인터페이스는 중재적 방사선과 복강경 수술 같은 침습적 시술 훈련뿐 아니라 치과 학생 훈련에도 사용됩니다.

영상 분석 센터는 10년 넘게 이 분야에서 연구해 왔습니다: 입체 시각화와 고충실도 햅틱 피드백을 결합한 HASP 시스템을 개발해 골편 복원을 위한 선행 테스트를 가능하게 했습니다.

유연한 햅틱 조각 도구, 시각적 조립을 위한 햅틱 정렬 도구, 진정한 3D 디스플레이를 갖춘 전체 손 햅틱스도 설계했습니다.

6. 가상현실(VR)

네오센서리(NeoSensory)의 햅틱 재킷

가상현실 햅틱 기술은 사용자가 시청각 인식에 더해 촉각으로 가상 환경을 느낄 수 있게 함으로써 인공 세계에 추가 차원을 제공합니다.

많은 기업이 토르소나 전신 햅틱 슈트 같은 흥미로운 햅틱 제품을 내놓으며 진정한 몰입 경험을 제공하려 합니다.

예를 들어 디즈니는 착용자에게 물리적 경험을 시뮬레이션하는 포스 재킷(Force Jacket)을 만들었습니다. 26개 공기 구획을 팽창/수축시키는 밸브 시스템이 있는 5파운드 소프트웨어 제어 재킷입니다. 게임과 엔터테인먼트 산업에서 사용하도록 설계되었습니다.

네오센서리(NeoSensory)라는 또 다른 회사는 착용자가 스친 벽, 다른 아바타의 터치, 포옹, 빗방울, 총소리, 심지어 폭발까지 느낄 수 있는 햅틱 재킷을 개발 중입니다.

참고: 최고의 증강현실(AR) 앱 18선

전반적으로 햅틱 기술의 미래는 텔레오퍼레이션과 시뮬레이터에 국한되지 않습니다. 대신 인간 경험 전체에 통합되고 있습니다. 더 많은 사람들이 그렇지 않았다면 결코 경험하지 못했을 것들을 경험할 수 있게 해줄 것입니다.