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[최승문 교수] 가상 충돌을 위한 진동과 전기 자극을 결합한 다중촉감 햅틱 피드백

2024-02-05
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[연구의 필요성]
실내 가상 스포츠에서 발생하는 충돌 정보는 사용자에게 대부분 시각 정보로만 전달된다. 가상 스포츠에서 발생하는 즉각적인 충돌 정보를 현실적으로 제공하기 위해서는 가볍고 착용가능한 햅틱 장치를 통해 진동, 힘 등이 결합한 다중촉감 햅틱 자극이 제시되어야 한다. 전기 자극은 (Electrical Muscle Stimulation; EMS) 피부 위에 부착된 전극을 통해 전기 신호가 근육으로 도달하여 근수축을 유발하는 방법으로 쉽고 가볍기 때문에 다양한 신체 부위, 상황에서 사용하기 용이하나 다른 햅틱 자극과 결합되는 경우가 적다. 이 연구에서는 가상 충돌에 적합한 진동과 전기 자극을 결합한 다중촉감 햅틱 피드백 방법을 제시한다.

[포스텍이 가진 고유의 기술]
본 연구에서는 진동과 전기 자극을 동시에 제공할 수 있으면서 가볍고 쉽게 착용할 수 있는 햅틱 장치를 개발하고, 장치의 세부 내용을 모두 공개하였다. 또한, 가상 충돌의 반응을 순간적이고 짧은 힘과 잔여 진동으로 나누고 각각을 EMS와 진동으로 표현하는 방법을 제안하였다. 사용자 실험을 통해 사용자가 역동적으로 움직임에 의해 발생하는 가상 충돌은 제안한 다중촉감 햅틱 피드백이 제시될 때 사용자의 경험을 가장 향상시키는 것을 확인하였다. 전기 자극과 진동을 결합한 다중촉감 햅틱 피드백 장치와 렌더링 방법은 포스텍만이 가진 고유 기술이라고 할 수 있다.

[연구의 의미]
본 연구는 사용자의 역동적인 움직임에 발생하는 가상 충돌에 대해 전기 자극과 진동이 결합한 다중촉감 햅틱 피드백의 효과를 보여주었다. 연구 결과는 가상 스포츠뿐만 아니라 사용자의 역동적인 움직임에 의해 발생하는 사용자와 가상 물체사이의 상호작용에 대해 햅틱 자극을 렌더링 하는 데 활용될 수 있다.

[연구결과의 진행 상태 및 향후 계획]
본 연구에서는 다중촉감 햅틱 피드백을 손과 팔에 제시했을 때 가상 스포츠에서 사용자 경험을 조사하였다. 후속 연구에서는 자극 부위를 어깨까지 확장하여 더 큰 상체 움직임을 유발하고, 가상 스포츠 외의 상황에 적용하여 그 효과를 확인하고자 한다.

[성과와 관련된 실적]
국제 저널 논문: Lee, J., & Choi, S. (2024). Multimodal Haptic Feedback for Virtual Collisions Combining Vibrotactile and Electrical Muscle Stimulation. IEEE Transactions on Haptics.

[성과와 관련된 이미지]

[그림 1] 개발한 가볍고 착용가능한 다중촉각 햅틱 장치. EMS 전극은 손등과 팔에 부착되어 손가락 굽힘 또는 손등 폄 동작을 생성하여 충돌 시 발생하는 힘을 표현한다. 진동 구동기는 손가락에 고정되어 충돌에서 발생하는 잔여 진동을 표현한다.

[그림 2] 가상 테니스 및 복싱에서 제안한 장비 및 방법의 적용. 사용자가 라켓으로 공을 맞출 때 혹은 사용자가 주먹으로 상대의 얼굴을 가격할 때와 같이 가상 충돌이 발생하면 사용자의 손과 팔에 다중감각 햅틱 피드백이 제시된다.

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