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햅틱 기술

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목차

1. 개요

햅틱 기술은 촉각을 통해 정보를 전달하는 기술로, 항공기 제어, 시각 대체 시스템, 게임 컨트롤러 등 다양한 분야에 활용된다. 초기에는 항공기 제어 시스템에서 힘 피드백을 제공하기 위해 사용되었으며, 1960년대에는 시각 장애인을 위한 시각 대체 시스템이 개발되었다. 1970년대에는 촉각 전화가 개발되었고, 1990년대에는 아우라 인터랙터 조끼와 PHANToM 시스템이 등장했다. 햅틱 기술은 액추에이터, 기계 수용체, 다양한 진동 기술을 활용하며, 원격 제어, 의료, 자동차, 게임, 모바일 기기, 가상 현실, 감각 대체, 예술 등 다양한 분야에서 응용되고 있다. 특히, 햅틱 기술은 가상 현실, 원격 수술, 개인용 컴퓨터, 감각 대체 기술, 원격 성행위 기술, 신경 재활, 균형 훈련, 퍼즐, 예술, 우주 탐사 등 다양한 분야에서 활용될 수 있으며, 앞으로도 더욱 발전하여 인간과 기술 간의 상호작용 방식을 혁신적으로 변화시킬 것으로 기대된다.

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햅틱 기술
개요
정의햅틱스는 촉각을 통해 상호 작용하는 모든 형태를 의미한다.
어원그리스어 형용사 'ἁπτικός' (aptikos)에서 유래했으며, 'ἅπτεσθαι' (haptesthai)는 '만지다'를 의미한다.
햅틱 기술
특징햅틱 기술은 사용자가 가상 환경 또는 원격 시스템과 촉각을 통해 상호 작용할 수 있도록 한다.
활용 분야가상 현실
로봇공학
의료 시뮬레이션
게임
햅틱 인지
촉각햅틱 인지는 피부를 통해 느끼는 감각으로, 질감, 압력, 온도 등을 포함한다.
운동 감각운동 감각은 신체의 움직임과 위치를 감지하는 감각이다.
재료 속성 인지햅틱 인지를 통해 사용자는 재료의 부드러움, 탄성 등의 속성을 구별할 수 있다.
참고 자료
참고 문헌Biswas, S., & Visell, Y. (2019). Emerging Material Technologies for Haptics. Advanced Materials Technologies, 4(4), 1900042.
Biswas, S., & Visell, Y. (2021). Haptic Perception, Mechanics, and Material Technologies for Virtual Reality. Advanced Functional Materials, 31(39), 2008186.
Srinivasan, M. A., & LaMotte, R. H. (1995). Tactual discrimination of softness. Journal of Neurophysiology, 73(1), 88–101.
Bergmann Tiest, W. M., & Kappers, A. M. L. (2009a). Cues for haptic perception of compliance. IEEE Transactions on Haptics, 2(4), 189–99.
Tiest, W. M. (2010). Tactual perception of material properties. Vision Research, 50(24), 2775–82.
관련 협회국제 햅틱스 협회

2. 역사

햅틱 기술은 초기에 항공기 제어 시스템에서 그 모습을 드러냈다. 1970년대 벨 연구소에서 초기 햅틱 인간-기계 통신 시스템이 개발되었다.[13][14] 1990년대 아우라 인터랙터 조끼,[15] PHANToM 시스템[16] 등 다양한 햅틱 장치가 개발되었다. 2000년대 이후 애플 워치와 같이 스마트폰, 게임 컨트롤러, 가상현실 장비 등 다양한 전자기기에 햅틱 기술이 적용되기 시작했다.

2. 1. 초기 역사

대형 항공기 제어 표면 작동에 서보 시스템을 사용하면서 햅틱 기술의 초기 응용이 시작되었다.[9] 서보 시스템은 "일방향" 특성을 가지는 경향이 있어, 제어 표면에 공기역학적으로 가해지는 외부 힘이 조종사에게 느껴지지 않아 중요한 감각 단서가 부족하다는 문제가 있었다. 이를 해결하기 위해, 부족한 힘을 스프링과 추를 사용하여 시뮬레이션하였다. 받음각을 측정하고, 임계 실속 지점에 접근하면 스틱 셰이커가 작동하여 더 간단한 제어 시스템의 반응을 시뮬레이션했다. 또는 서보 힘을 측정하여 제어 장치의 서보 시스템으로 신호를 보내는 ''힘 피드백'' 방식을 사용하기도 했다.[10] 힘 피드백은 일부 굴삭기에서 실험적으로 구현되었는데, 진흙이나 점토에 묻힌 큰 바위와 같이 혼합된 재료를 굴착할 때 작업자가 보이지 않는 장애물을 "느끼고" 작업할 수 있도록 돕는 데 유용하다.[10]

1973년에는 토머스 D. 섀넌이 촉각 전화에 대한 최초의 미국 특허를 획득했다.[12]

2. 2. 1970년대 ~ 1990년대

1973년, 토머스 D. 섀넌(Thomas D. Shannon)이 촉각 전화에 대한 미국 특허를 획득했다.[12] 1970년대 초, A. 마이클 놀은 벨 연구소에서 초기 촉각 인간-기계 통신 시스템을 개발하고 특허를 획득했다.[13][14]

Aura Interactor vest
1994년에는 아우라 인터랙터 조끼가 개발되었다.[15] 이 조끼는 오디오 신호를 모니터링하고 전자기 액추에이터 기술을 사용하여 저음 음파를 펀치나 킥과 같은 동작을 나타낼 수 있는 진동으로 변환하는 착용형 힘 피드백 장치이다. 이 조끼는 스테레오, TV 또는 비디오 카세트 레코더의 오디오 출력에 연결되며, 오디오 신호는 조끼에 내장된 스피커를 통해 재생된다.

1995년, 토마스 매시는 PHANToM(Personal HAptic iNTerface Mechanism) 시스템을 개발했다. 컴퓨터화된 팔 끝에 엄지손가락 모양의 용기를 사용하여, 사용자의 손가락을 삽입하여 컴퓨터 화면의 물체를 "느낄" 수 있도록 했다.[16] 같은 해, 노르웨이의 게이르 젠슨은 피부 탭 메커니즘을 갖춘 손목시계 햅틱 장치를 설명했는데, 이를 탭인(Tap-in)이라고 칭했다. 손목시계는 블루투스를 통해 휴대폰에 연결되어 탭핑 빈도 패턴으로 착용자가 선택된 짧은 메시지로 발신자에게 응답할 수 있게 된다.[17]

2. 3. 2000년대 이후

애플 워치는 2015년에 출시되었으며, 피부 탭 감지를 통해 시계 착용자에게 알림 및 경고를 전달하는 햅틱 피드백을 제공한다.[17]

3. 기술 종류

햅틱 피드백은 다양한 기술을 통해 구현될 수 있다. 햅틱 피드백을 제공하는 대부분의 전자기기는 진동을 사용하며, 주로 편심 회전 질량(ERM) 액추에이터를 사용한다. 이 액추에이터는 모터 축에 부착된 불균형 무게가 회전하면서 장치를 흔들리게 한다.[20] 압전 액추에이터도 진동을 생성하는 데 사용되는데, ERM 및 LRA보다 더 정밀한 움직임과 적은 소음을 제공하지만 더 높은 전압이 필요하다.[20]

초기 촉각 피드백은 진동 모터와 같은 전자기술을 주로 사용했으며, 휴대 전화의 진동모터가 대표적인 예이다. 이러한 전자기 모터는 강한 진동을 생성하지만, 다양한 감각을 표현하는 데는 한계가 있었다. 이후 인공 근육, 압전식, 정전식, 아음속 음향파를 이용한 표면 액추에이션 등 차세대 액추에이터 기술이 등장하면서 더 빠르고 다양한 촉감을 만들어낼 수 있게 되었다.

액추에이터 제어 기술도 발전했다. 초기에는 장치 전체를 진동시키는 방식이 일반적이었지만, 2세대 촉각 제어 알고리즘과 칩이 개발되면서 위치마다 다른 반응을 생성할 수 있게 되었다.[97]

최근에는 액추에이터 없이 사용자의 몸에 약한 전류를 흘려 진동 촉감을 생성하는 역전기진동(reverse-electrovibration)이라는 새로운 기술도 등장했다. 이 기술은 손가락 끝 피부 주변에 발진하는 전계를 생성하여 진동 촉감을 만들어내며, 신호의 형태, 주파수, 진폭에 따라 다양한 촉감을 표현할 수 있다.[98]

3. 1. 기계적 촉각 감지

피부의 기계적 하중에 대한 인간의 감각은 기계 수용체에 의해 조절된다. 기계 수용체에는 여러 종류가 있지만, 손가락 끝에 존재하는 것은 일반적으로 빠르게 작용하는(FA) 것과 느리게 작용하는(SA) 것, 두 가지 범주로 나뉜다. SA 기계 수용체는 비교적 큰 스트레스와 낮은 주파수에 민감하며, FA 기계 수용체는 더 작은 스트레스와 더 높은 주파수에 민감하다. 그 결과, 일반적으로 SA 센서는 200μm 이상의 진폭을 가진 텍스처를 감지할 수 있고, FA 센서는 약 1μm까지 200μm 미만의 진폭을 가진 텍스처를 감지할 수 있다. 하지만 일부 연구에서는 FA가 지문 파장보다 작은 텍스처만 감지할 수 있다고 한다.[18] FA 기계 수용체는 미세한 표면 텍스처 위를 움직이는 마찰과 지문 텍스처의 상호 작용에 의해 생성되는 진동을 감지하여 이러한 높은 해상도의 감지를 달성한다.[19]

3. 2. 햅틱 피드백 구현 방식

편심 회전 질량(ERM) 액추에이터는 모터 축에 부착된 불균형 무게를 회전시켜 진동을 발생시킨다. 이 불규칙한 질량의 회전은 액추에이터와 장치를 흔들리게 한다.[20] 압전 액추에이터는 진동을 생성하며, ERM이나 LRA보다 정밀한 움직임과 적은 소음을 제공하지만, 더 높은 전압이 필요하다.[20] LRA는 애플의 탭틱 엔진에 적용된 기술이다.

공기 와류 고리는 집중된 돌풍을 이용하여 비접촉식 햅틱 피드백을 제공한다. 마이크로소프트 리서치(AirWave)[24]와 디즈니 리서치(AIREAL)[25]는 공기 와류를 활용한 기술을 선보였다.[26]

전기 근육 자극(EMS) 및 경피 전기 신경 자극(TENS)은 피부나 근육에 햅틱 감각을 생성하는 데 사용될 수 있다. 햅틱 수트인 테슬라 수트[32], Owo 햅틱 조끼[33], 웨어러블 팔찌인 Valkyrie EIR[34] 등이 대표적인 예시이다.

4. 응용 분야

햅틱 기술은 다양한 분야에 응용되어 현실 세계와의 상호작용을 더욱 풍부하게 만들고 있다.
제어 및 시뮬레이션


  • 원격 조작: 원격 조작 로봇이나 기계에서 작업자가 힘과 촉각을 느낄 수 있도록 하여 정밀한 작업 수행을 돕는다. 아르곤 국립 연구소의 레이몬드 괴르츠는 방사성 물질을 안전하게 다루기 위해 세계 최초의 전기 구동 원격 조작 기계를 개발했다.[38] 섀도우 핸드와 같은 고급 로봇 손은 내장된 터치 센서를 통해 작업자에게 촉각 정보를 전달하여 원격으로 타이핑과 같은 복잡한 작업을 수행할 수 있도록 한다.[36] NASA의 로보넛은 초기 햅틱 기술 적용 사례를 보여준다.[37]
  • 의료 및 치과: 복강경 수술과 같은 최소 침습 수술 훈련에 햅틱 인터페이스가 활용되어 실제와 같은 촉각 및 저항 피드백을 제공한다.[44][45] 오하이오 대학교 정골 의과대학은 가상 햅틱 백(VHB)을 교육 과정에 통합하여 촉진 학습 효과를 높였다.[43]
  • 자동차: 대시보드 터치스크린에 햅틱 피드백 기술을 적용하여 운전자가 도로에서 시선을 떼지 않고도 조작을 확인할 수 있도록 돕는다.[46] 스티어링 휠이나 시트에 진동 패턴을 제공하여 주변 차량 접근과 같은 위험 상황을 경고한다.[47]
  • 항공: 비행 안전 영역 준수를 돕기 위해 조종사에게 힘 피드백을 제공하여 위험한 비행 상태 진입을 방지하고 상황 인식을 높인다.[48] 실속 직전의 공기역학적 진동을 조종간을 통해 전달하거나, 스틱 셰이커를 작동시켜 조종간을 진동시키는 방식으로 햅틱 기술이 적용된다.

전자기기

  • 비디오 게임: 컨트롤러 럼블, 포스 피드백 등 다양한 형태로 적용되어 몰입감을 높인다. 세가의 ''모토-크로스''(1976)는 햅틱 피드백을 사용한 최초의 게임 중 하나이다.[51] 닌텐도 64의 럼블 팩(1997), 마이크로소프트의 Microsoft SideWinder Force Feedback Pro(1997), 소니의 듀얼쇼크 기술, 마이크로소프트의 임펄스 트리거 기술 등이 대표적인 사례이다. 소니 플레이스테이션 5의 DualSense 컨트롤러는 진동 햅틱과 어댑티브 트리거의 포스 피드백을 통해 더욱 다양하고 직관적인 피드백을 제공한다.[62]
  • 모바일 기기: 터치스크린 조작에 대한 진동 반응 형태로 햅틱 피드백이 흔히 사용된다. 알파인 일렉트로닉스는 ''펄스 터치(PulseTouch)''라는 햅틱 피드백 기술을 사용한다.[65] 넥서스 원은 사양에 햅틱 피드백을 제공하며,[66] 삼성은 2007년에 햅틱 기능을 갖춘 휴대폰을 처음 출시했다.[67] LG나 모토로라 등은 화면 터치에 대한 진동 형태로 햅틱 기술을 사용한다.
  • LG 옵티머스 L7 II의 진동 모터
  • Taptic Engine
  • 가상 현실: 가상 현실 시스템에 촉각을 더하여 몰입감을 높이는 핵심 요소로 활용된다.[74] 3D 모델링 및 디자인을 위한 햅틱 인터페이스, 홀로그램을 보고 느낄 수 있는 시스템 등이 개발되고 있다.[75][76][77] 전신 또는 상반신 햅틱 조끼나 햅틱 수트를 통해 가상 환경에서의 충격 등을 느낄 수 있다.[78] 도쿄 대학에서는 초음파를 이용하여 3D 홀로그램에 촉감을 부여하는 연구를 진행했다.[112]
  • 개인용 컴퓨터: 애플은 2015년 맥북 및 맥북 프로에 "햅틱 터치패드" 디자인을 도입하여 버튼 기능과 햅틱 피드백을 통합했다.[79] 레노버는 2020년 YOGA Slim 950i 터치패드에 햅틱 피드백을 도입했다.[111]

감각 대체

  • 소리 대체: 데이비드 이글먼은 음성 및 오디오 신호를 진동으로 변환하는 웨어러블 조끼를 개발하여 청각 장애인들이 소리를 느낄 수 있도록 했다.[80]
  • 촉각 전자 디스플레이: 시각 또는 청각 장애인을 위해 텍스트 및 그래픽 정보를 촉각으로 전달하는 디스플레이 장치가 개발되었다.[82][83]

기타 분야

  • 원격 성행위 기술 (Teledildonics): 성 장치를 원격으로 연결하여 가상 성행위를 가능하게 한다.
  • 신경 재활 및 균형: 햅틱 피드백을 활용하는 로봇 장치를 통해 운동 기능 장애를 회복하고 균형 감각을 개선한다.[84]
  • 퍼즐: 복잡한 3D 환경에서 햅틱 탐색, 검색, 학습 및 기억을 연구하기 위한 햅틱 퍼즐이 고안되었다.[88][89]
  • 예술: 사운드 합성, 그래픽 디자인, 컴퓨터 애니메이션 등 가상 예술 분야에서 햅틱 기술이 활용된다.[90] 테이트 센소리움 전시에서는 햅틱 기술을 사용하여 기존 예술 작품을 향상시켰다.[91] 음악 창작 분야에서 틴에이지 엔지니어링은 OP-Z 신시사이저용 햅틱 서브우퍼 모듈을 도입했다.[92]
  • 우주: 화성을 포함한 우주 탐사에 햅틱 기술이 활용될 수 있다.[93]

4. 1. 제어

원격 조작이나 원격 제어 로봇에서 접촉력이 조종자 측에서 복제되는 경우, "촉각 원격 조작"이라고 부른다. 세계 최초의 전기 구동 원격 조작 기계는 1950년대에 아르곤 국립 연구소의 레이몬드 괴르츠가 방사성 물질을 원격으로 다루기 위해 개발했다.[38] 이후 수중 탐사기 등 다양한 원격 조작 기계에서 힘 피드백(force feedback)이 널리 사용되게 되었다.

이러한 원격 조작 기계를 컴퓨터로 시뮬레이션하는 경우(조종자 훈련용), 실제 조종 시에 느껴지는 힘 피드백을 제공할 수 있다면 더욱 효과적이다. 햅틱스를 응용한 시뮬레이터로서, 의료용 시뮬레이터나 파일럿 훈련용 비행 시뮬레이터가 있다.

4. 1. 1. 원격 현존감

햅틱 피드백은 원격 현존감을 통해 복잡한 작업을 수행하는 데 필수적이다. 고급 로봇 손인 섀도우 핸드는 모든 관절과 손가락 패드에 총 129개의 터치 센서가 내장되어 있어 작업자에게 정보를 전달한다. 이를 통해 원격으로 타이핑과 같은 작업을 수행할 수 있다.[36] 초기 프로토타입은 NASA의 휴머노이드 로봇 컬렉션 또는 로보넛에서 볼 수 있다.[37]

4. 1. 2. 원격 조작

원격 조작기는 원격으로 제어되는 로봇 도구이다. 조작자에게 관련된 힘에 대한 피드백이 제공될 때 이를 ''햅틱 원격 조작''이라고 한다. 최초의 전기식 원격 조작기는 1950년대 아르곤 국립 연구소에서 레이먼드 괴르츠에 의해 방사성 물질을 원격으로 처리하기 위해 제작되었다.[38] 이후 힘 피드백의 사용은 원격 제어 수중 탐사 장치와 같은 다른 종류의 원격 조작기에서 더 널리 퍼졌다.

4. 1. 3. 의료 및 치과

햅틱 인터페이스는 복강경 수술 및 중재적 방사선학과 같은 최소 침습 시술 훈련과 치과 학생 훈련을 위해 개발되고 있다.[40][41][42] 오하이오 대학교 정골 의과대학 교육 과정에는 가상 햅틱 백(VHB)이 통합되어 촉진 학습 효과를 높였다.[43] 햅틱 기술은 원격 의료 수술 개발에도 적용되어, 외과 의사가 환자에게 직접 시술하는 것과 같은 촉각 및 저항 피드백을 느낄 수 있게 한다.[44][45]

4. 1. 4. 자동차

차량 대시보드에 대형 터치스크린 제어 패널이 도입되면서, 운전자가 도로에서 시선을 떼지 않고도 터치 명령을 확인할 수 있도록 햅틱 피드백 기술이 사용되고 있다.[46] 또한 스티어링 휠이나 시트와 같은 추가적인 접촉 표면은 다른 차량에 근접했을 때 경고 진동 패턴과 같은 햅틱 정보를 운전자에게 제공할 수 있다.[47]

4. 1. 5. 항공

힘 피드백은 비행 안전 영역 준수를 높여 조종사가 작동 범위를 벗어난 위험한 비행 상태에 진입할 위험을 줄이는 동시에 조종사의 최종 권한을 유지하고 상황 인식을 높이는 데 사용될 수 있다.[48]

초기 햅틱 기술은 대형 항공기에서 동익 조작에 서보 기구를 사용하는 방식으로 적용되었다. 이러한 시스템은 "일방향" 경향이 있어, 동익에 가해지는 공기역학적 외력을 제어 측에서 감지하기 어려운 경우가 많았다. 이를 해결하기 위해 스프링과 추를 사용하여 외력을 시뮬레이션했다. 이전의 서보 기구를 사용하지 않은 경량 항공기에서는 실속 직전 공기역학적 버페팅(진동)이 조종사의 조종간을 통해 느껴져 위험한 비행 상태를 경고해 주는 역할을 했다. 그러나 서보 기구에서는 이러한 조종간 떨림이 느껴지지 않는다. 이러한 감각 자극을 대체하기 위해 받음각을 측정하고, 실속 위험 각도에 도달하면 "stick shaker"(언밸런스 회전 추)를 작동시켜 조종간을 진동시키는 "포스 피드백" 방식이 사용된다.

햅틱 기술은 조종사 훈련용 비행 시뮬레이터에도 활용된다.

4. 2. 전자기기

햅틱 기술은 초기에는 항공기 제어 시스템에 적용되었다. 서보 기구 시스템을 사용하는 대형 항공기에서는 제어 표면 작동에 햅틱 기술이 활용되었다.[9] 경량 항공기의 경우, 실속에 근접하면 조종 장치에서 공기역학적 진동이 느껴져 위험한 비행 상태를 경고했다. 서보 시스템은 외부 힘이 조종 장치에서 감지되지 않아 감각 단서가 부족했는데, 이를 보완하기 위해 스프링, 추, 스틱 셰이커 등을 사용하여 부족한 힘을 시뮬레이션하거나, 서보 힘을 측정하여 제어 장치에 피드백을 주는 방식으로 햅틱 기술이 적용되었다.[10]

1960년대 폴 바흐-이-리타는 시각 대체 시스템을 개발하여 등에 찔린 점 패턴으로 그림을 식별할 수 있게 했다.[11] 1973년에는 촉각 전화에 대한 최초의 미국 특허가 나왔고,[12] 1970년대 초 벨 연구소에서 초기 촉각 인간-기계 통신 시스템이 제작되었다.[13][14]

1994년에는 아우라 인터랙터 조끼가 개발되어 오디오 신호를 진동으로 변환하여 펀치나 킥과 같은 동작을 느낄 수 있게 했다.[15] 1995년에는 토마스 매시가 PHANToM 시스템을 개발하여 컴퓨터 화면의 물체를 "느낄" 수 있게 했고,[16] 같은 해 게이르 젠슨은 탭인(Tap-in)이라는 손목시계 햅틱 장치를 통해 블루투스로 연결된 휴대폰에서 탭핑 패턴으로 메시지를 주고받을 수 있게 했다.[17] 2015년에는 애플 워치가 출시되어 피부 탭 감지를 통해 알림 및 경고를 전달했다.

4. 2. 1. 비디오 게임

비디오 게임에서 햅틱 피드백은 컨트롤러 럼블, 포스 피드백 등 다양한 형태로 적용되어 몰입감을 높인다. 세가의 ''모토-크로스''(1976)는 햅틱 피드백을 사용한 최초의 게임 중 하나로, 다른 차량과 충돌 시 핸들바가 진동했다.[51]

포스 피드백 장치는 모터를 사용하여 사용자가 잡고 있는 물체의 움직임을 조작한다.[21] 자동차 운전 게임에서 스티어링 휠을 돌릴 때 실제 차량의 코너링 시 경험하는 힘을 시뮬레이션하는 데 사용된다.

닌텐도 64의 럼블 팩(1997)은 컨트롤러에 추가적인 햅틱 피드백 기능을 제공했다. 같은 해, 마이크로소프트는 내장된 피드백 기능이 있는 Microsoft SideWinder Force Feedback Pro를 출시했다.[53] 소니의 듀얼쇼크 기술과 마이크로소프트의 임펄스 트리거 기술 등 많은 콘솔 컨트롤러와 조이스틱은 진동을 일으키는 내장 피드백 장치를 갖추고 있다.

2020년, 소니 플레이스테이션 5 DualSense 컨트롤러는 진동 햅틱과 어댑티브 트리거의 포스 피드백을 지원한다.[62] 이를 통해 게임 내 액션에 대한 다양하고 직관적인 피드백을 제공한다. 예를 들어, 모래 폭풍에서 플레이어는 바람과 모래를 느낄 수 있으며, 어댑티브 트리거의 모터는 활에서 화살을 당기는 것과 같은 경험을 지원한다.[63]

4. 2. 2. 모바일 기기

휴대용 장치에서 촉각 햅틱 피드백은 흔히 사용된다. 대부분 터치에 대한 진동 반응 형태로 나타난다. 알파인 일렉트로닉스는 터치 스크린 자동차 내비게이션 및 스테레오 장치에 ''펄스 터치(PulseTouch)''라는 햅틱 피드백 기술을 사용한다.[65] 넥서스 원은 사양에 따라 햅틱 피드백을 제공한다.[66] 삼성은 2007년에 햅틱 기능을 갖춘 휴대폰을 처음 출시했다.[67]

LG나 모토로라 등의 제조사는 각기 다른 종류의 햅틱 기술을 채용하고 있는데, 이는 많은 경우 화면 터치에 대한 진동 형태로 사용된다.

애플사(Apple Inc.)는 멀티 터치 표면에 적합한 햅틱 피드백 시스템에 대한 특허를 받았다. 애플의 "햅틱 피드백의 국소화를 위한 방법 및 장치"에 대한 미국 특허는 사용자가 장치에 접촉할 때 진동 피드백을 제공하는 최소 2개의 액추에이터가 멀티 터치 입력 장치 아래에 배치되는 시스템을 설명한다.[71] 특히, 이 특허는 하나의 액추에이터가 피드백 진동을 유도하는 반면, 최소 하나의 다른 액추에이터는 진동을 사용하여 첫 번째 진동 세트가 장치의 다른 영역으로 전파되는 것을 방지하여 햅틱 경험을 국소화한다. 이 특허는 "가상 키보드"의 예를 제시하지만, 이 발명은 모든 멀티 터치 인터페이스에 적용될 수 있다는 점도 언급했다.[72] "탭틱 엔진(Taptic Engine)"을 탑재한 애플의 아이폰(및 맥북)은 보이스 코일과 유사하게 스피커의 콘에서 교류 전기 신호가 움직임으로 변환되는 방식과 유사하게 보이스 코일을 통해 질량을 왕복 방식으로 이동시키는 선형 공진 액추에이터(LRA)로 진동을 구현한다. LRA는 ERM보다 빠른 응답 시간을 가질 수 있으므로 보다 정확한 햅틱 이미지를 전송할 수 있다.[73]

2015년 9월에 발표된 아이폰 6S/6S Plus에서는 압력 감지 기능인 3D 터치와 햅틱 피드백 기능을 구현하는 탭틱 엔진(Taptic Engine)이 탑재되었다.

4. 2. 3. 가상 현실

햅틱 기술은 시각 정보만 제공하던 가상 현실 시스템에 촉각을 더하여 핵심 요소로 널리 받아들여지고 있다.[74] 3D 모델링 및 디자인을 위한 햅틱 인터페이스를 사용하는 시스템이 개발되고 있으며, 여기에는 홀로그램을 보고 느낄 수 있는 시스템도 포함된다.[75][76][77] 여러 회사에서 몰입형 가상 현실에서 폭발과 총알의 충격을 사용자가 느낄 수 있도록 전신 또는 상반신 햅틱 조끼 또는 햅틱 수트를 제작하고 있다.[78]

도쿄 대학에서는 3D 홀로그램에 초음파에 의한 피드백으로 촉감을 부여하는 연구가 이루어졌다.[112] 시노다 히로유키를 리더로 하는 연구팀이 이 기술을 뉴올리언스에서 개최된 2009년 SIGGRAPH에서 발표했다.[113]

4. 2. 4. 개인용 컴퓨터

애플은 2015년에 맥북 및 맥북 프로에 버튼 기능과 햅틱 피드백을 통합한 "햅틱 터치패드" 디자인을 도입했다. 햅틱 터치패드는 터치패드가 더 이상 움직이지 않음에도 클릭 시 "눌리는" 느낌을 제공한다.[79] 애플은 맥북(MacBook)과 맥북 프로(MacBook Pro)에 '''감압 터치 트랙패드''' (Force Touch)를 도입했다.[109][110]

레노버는 2020년 12월 1일, YOGA Slim 950i의 터치패드에 햅틱 피드백을 도입했다.[111]

4. 3. 감각 대체

햅틱 기술은 시각 장애나 청각 장애를 가진 사람들을 위해 다른 감각으로 정보를 전달하는 수단으로 사용될 수 있다.

4. 3. 1. 소리 대체

2015년 12월, 데이비드 이글먼은 음성과 기타 오디오 신호를 일련의 진동으로 변환하는 웨어러블 조끼를 시연했다.[80] 이를 통해 청각 장애인들이 몸으로 소리를 느낄 수 있게 되었으며, 이후 손목 밴드 형태로 상용화되었다.[81]

4. 3. 2. 촉각 전자 디스플레이

촉각 전자 디스플레이는 촉각을 사용하여 텍스트 및 그래픽 정보를 전달하는 디스플레이 장치이다. 이러한 장치는 시각 또는 청각 감각의 대안을 제공하여 시각 장애인이나 청각 장애인 사용자를 지원하기 위해 개발되었다.[82][83]

4. 4. 원격 성행위 기술 (Teledildonics)

햅틱 기술은 "성 기술"인 원격 성행위 기술에 사용되어 성 장치를 원격으로 연결하고 사용자가 가상 성행위를 하거나 원격 서버가 성 장치를 제어할 수 있도록 한다. 이 용어는 1975년 테드 넬슨이 사랑, 친밀감 및 기술의 미래에 대해 논의하면서 처음 만들었다. 최근 몇 년 동안, 원격 성행위 기술과 성 기술은 진동, 압력 및 감각의 전달을 통해 가상 성행위를 가능하게 하는 양방향 연결이 있는 장치로 확장되었다. 많은 "스마트" 진동기는 사용자와 원격 파트너 간의 일방향 연결을 허용하여 장치를 제어할 수 있도록 한다.

4. 5. 신경 재활 및 균형

상지 운동 기능 장애가 있는 개인의 경우, 햅틱 피드백을 활용하는 로봇 장치를 신경 재활에 사용할 수 있다. 엔드 이펙터 및 접지형, 비접지형 외골격과 같은 로봇 장치는 여러 근육 그룹의 제어 기능을 회복하는 데 도움을 주기 위해 설계되었다. 이러한 로봇 장치에서 적용되는 햅틱 피드백은 더욱 몰입적인 특성으로 인해 감각 기능 회복에 도움이 된다.[84]

햅틱 기술은 또한 균형 제어에서 노화 관련 손상을 개선하고[85] 노인 및 균형 장애 환자의 낙상을 예방하기 위해 감각 피드백을 제공할 수 있다.[86]

4. 6. 퍼즐

햅틱 퍼즐은 복잡한 3D 환경에서 목표 지향적인 햅틱 탐색, 검색, 학습 및 기억을 조사하기 위해 고안되었다.[88][89] 목표는 여러 손가락을 가진 로봇에게 촉각을 제공하고, 인간의 메타 학습에 대한 더 많은 통찰력을 얻는 것이다.

4. 7. 예술

햅틱 기술은 사운드 합성 또는 그래픽 디자인과 같은 가상 예술 분야에서 탐구되어 왔으며, 애니메이션 제작에도 활용된다.[90] 2015년 테이트 센소리움 전시에서는 햅틱 기술을 사용하여 기존 예술 작품을 향상시켰다.[91] 음악 창작 분야에서는 스웨덴 신시사이저 제조업체 틴에이지 엔지니어링이 OP-Z 신시사이저용 햅틱 서브우퍼 모듈을 도입하여 음악가들이 악기에서 베이스 주파수를 직접 느낄 수 있게 하였다.[92]

햅틱 기술은 단순한 감각을 넘어 가상 객체와의 실시간 상호 작용을 가능하게 하므로, 음향 합성, 그래픽 디자인, 컴퓨터 애니메이션과 같은 가상 예술 분야에서도 사용된다. 아티스트는 햅틱 장치를 통해 실시간으로 소리와 이미지를 생성하는 가상 기기와 직접 접촉할 수 있다. 예를 들어, 바이올린 현 시뮬레이션에서 아티스트는 햅틱 장치인 활을 잡고 가상 현에 대한 압력이나 표현성에 따라 실시간 진동을 생성하는데, 이때 물리 모델 음원이 사용된다.

높은 자유도를 가진 입력 장치에 햅틱 피드백을 결합하면 디자이너나 아티스트가 가상 "표면"을 느끼면서 빠르고 자연스럽게 조형할 수 있다.[120]

햅틱 기술을 제작에 활용하는 저명한 아티스트로는 크리스타 소머러(Christa Sommerer)와 로랑 미뇽노(Laurent Mignonneau)[121], 스탈 스텐슬리[122] 등이 있다.

4. 8. 우주

햅틱 기술은 화성을 포함한 우주 탐사에 유용하게 활용될 수 있다.[93]

5. 미래 전망

햅틱 기술은 앞으로 인간과 기술의 다양한 영역에서 상호작용에 관여할 것으로 생각된다. 21세기 초 현재는 홀로그램이나 원격 객체와의 촉각에 의한 상호작용 숙달이 연구의 중심이며, 이것이 성공하면 게임, 영화, 제조업, 의료를 비롯한 다양한 산업에서 응용이 생겨날 것이다. 의료 업계에서는 가상 수술이나 원격 수술이 가능해지면 의료의 폭이 넓어진다. 의류 소매 업계에서는 인터넷을 통해 의류를 만져볼 수 있게 된다면, 인터넷 판매의 가능성이 넓어진다[123]. 햅틱 기술이 장래에 발전하면, 종래에는 현실적이지 않았던 신산업이 생겨날지도 모른다.

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