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문제 정의
- [8, 9] 특히 양태헌 등은 탄성스프링과 솔레노이드를 이용한 촉감제시용 액츄에이터를 개발하고 개발한 액츄에이터들의 탄성스프링을 다층으로 배열/조립하여 소형 핀 어레이촉감 모듈을 개발하였다 [10], 개발된 소형 핀 어레 이촉감모듈은 작동주파수, 크기 및 전력 소모 면에서 우수하지만 작은 체적을 위해 소형 솔레노이드 코일들과 영구자석들을 사용함으로 핀들의 컨택터 각각에서 발생되는 힘의 크기가 사용자에게 다양한 촉감을 자극하는데 한계가 있었다. 그러므로 본 논문에서는 기존의 소형 핀 어레이 촉감 모듈에서 모듈크기의 축소없이 발생되는 힘을 효과적으로 증가시키기 위해, 상대적으로 사이즈가 큰 솔레노이드 코일과 영구자석을 다층으로 배열한 새로운 구조를 제안하였다.
- 그러나 이러한 시스템은 진동모터가 동작할 때 발생하는 진동파가 시스템을 전체적으로 떨리게 하므로 작은 크기를 갖는 휴대용 기기에서는 어느 곳에서 진동이 발생하는지 파악하는 것이 쉽지 않으며, 방향 정보 이외에 다른 정보를 얻는 것도 쉽지 않다. 그러므로 본 연구에서는 진동이 한 곳에 발생하여 원하는 방향으로 이동하는 2D 이동 진동파 의 개념 및 이를 이용한 햅틱렌더링 기법을 제안하고 이를 이용하여 촉각적으로 시각장애인들에게 길을 안내 할 수 있는 햅틱 네비게이션 시스템을 개발한다. 제안하는 방법은 작은 휴대용 기기에 쉽게 적용이 가능하며 또한 진동이 좌측에서 우측, 위에서 아래, 우측에서 좌측, 그리고 아래에서 위로 이동하므로 방향을 보다 더 자세하게 느낄 수 있으며 흘러가는 속도를 제어함으로 좀 더 풍부한 감각을 생성할 수 있다.
- 사거리에 가까워질수록 진동이 이동하는 속도는 점점 빨라져 사거리가 얼마나 가까워 졌는지를 촉각적으로 전달할 수 있다. 또한 본 연구에서는 진동자극에 매우 둔감하거나 매우 민감한 사용자들을 위해 사용자의 손가락에 있는 기계적 수용기를 직접 자극하여 피 안내자에게 이동할 방향을 제시할 수 있는 핀 어레이 형식의 촉감 모듈을 개발하고 이를 햅틱 네비게이션 시스템 에 적용하여 보다 효율적으로 길을 안내할 수 있게 한다.
- 본 시스템이 진동의 흐름 및 핀 자극을 통하여 사용자에게 방향감각을 전달해 줄 수 있는 지를 알아보기 위하여 실험을 수행하였다. 그림 7은 실험을 하고있는 장면을 보여주고 있다.
- 본 실험은 햅틱 네비게이션 장치에 탑재되어 있는핀 어레 이 촉감 모듈만을 이용하여 손가락을 자극할때, 사용자가 그림 8과 같이 제시된 4방향을 정확하게 구분할 수 있는가를 조사하기 위해 수행되었다. 본 실험에서도 이동진동파를 이용한 실험과 마찬가지로 시각 및 청각 정보 없이 단지 촉각정보만을 전달하였고 4.
- 본 실험은 햅틱 네비게이션 장치에서 사람의 손바닥을 통해 전달되는 이동진동파와 손가락을 자극하는 핀 자극을 동시에 주었을 때 방향을 정확하게 구분하는 가에 대한 결과를 얻기 위해 수행하였다. 본 실험에서도 앞서 두 실험처럼 시각 및 청각 정보 없이 단지 촉각정보만을 이용하여 수행하였으며 동일한 피 실험자들이 참가하였으며 피 실험자들은 3번씩 랜덤하게 제시되는 총 4개의 자극(위, 아래, 왼쪽, 오른쪽) 에 대하여 '상', '하', '좌', '우' 중 하나를 선택하여 대답하였다.
- 본 연구에서 제안하는 시각장애인을 위한 휴대용햅틱 네비게이션 시스템은 시각장애인이 디바이스의 도움을 받아 원하는 목적지까지 촉각적으로 길을 안내해 주는 것을 목표로 한다. 그러므로 휴대용 햅틱 안내시스템이란 목표에 도달하기 위해서는 좌우또는 상하로 진동이 이동하는 느낌을 생성하여 사용자에게 전달할 수 있는 2자유도 이상의 이동진동 파렌더링 기법이 필요하디, .
- 본 연구에서는 시각장애인들에게 촉각적으로 길을 안내할 수 있는 휴대용 햅틱 네비게이션 시스템을 제안하였다. 이동해야 할 방향을 확실히 파악하고자 한곳에서 진동이 발생하여 다른 곳으로 휴대용 네비게이션 시스템의 표면을 타고 반대편으로 이동하는이 동진동파를 사용하였으며 , 사람의 엄 지 손가락에 핀 자극을 주어 방향을 표현하기 위해 핀 자극을 위한 택타일 모듈을 제작하여 휴대용 네비게이션 시스템에 장착하였다.
- 진동의 흐름과 더불어 방향성 촉각정보를 더욱 확실하게 전달하고자 소형 핀 어레이 타입의 택타일 모듈을 소개한다. 솔레노이드 액츄에이터는 힘, 변위, 그리고 작동주파수를 고려할 때 사람의 촉감을 자극하기에 적합하기 때문에 이를 이용한 다양한 촉감 제시모듈이 개발되어 왔다.
- 첫 실험은 실험 참가자들이 손바닥으로 휴대용 햅틱 네비게이션 기기를 자연스럽게 잡은 상태에서 이동진동파에 의해 전달되는 진동이 흐르는 방향을 촉각정보만으로 정확하게 구분할 수 있는가를 파악할수 있는지를 조사하기 위하여 수행되었다. 이때 햅틱 네비게이션 기기를 잡은 손은 움직이지 않은 상태에서 햅틱 자극 (이동진동파) 가 생성되어 피 실험자를 자극하는 passive touch 상태에서 실험을 진행하였다.
가설 설정
- 앞서 기술한 것처럼 휴대용 햅틱 네비게이션 시스템은 사용자의 위치를 장착한 지도에서 정확히 파악하고 있다고 가정하였다. 파악된 사용자의 위치는 서버에서 무선 통신모듈인 지그비(Zigbee)를 통하여 제안하는 네 비 게이션 시스템에 전 달하며 사용자의 위치와 목적지를 기반으로 진동렌더 링(vibrotactile rendering)을 통해 모터 제어신호가 생성된다.
- 앞서 설명한 것과 같이 휴대용 햅틱 네비게이션시스템은 사용자의 위치를 서버나 기타 장치로부터 이미 전달 받았다는 가정 하에 개발되었다. 사용자의 위치와 목적지 정보를 바탕으로 제안하는 방법에서는 목적지로 가야할 길을 계산하고 이동할 방향을 진동의 흐름으로 표현하기 위하여 진동모터를 구동하기 위한 입력 전압, 모터의 구동시간 등을 계산하였다.
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