KR101796062B1 - 촉각 자극 생성 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

촉각 자극 생성 장치는 촉각 자극을 생성하는 복수의 액추에이터; 및 상기 복수의 액추에이터들을 제어하는 제어 장치를 포함하며, 상기 제어 장치는 서로 인접하는 셋 이상의 액추에이터가 각각 촉각 자극을 동시에 생성하도록 하여, 각각의 상기 셋 이상의 액추에이터가 꼭지점을 이루는 영역 내에 위치하는 하나의 허상 자극이 사용자에게 감지된다.
복수의 액추에이터를 이용한 촉각 자극 생성 방법으로서, 상기 복수의 액추에이터 중에서, 허상 자극 지점에 허상 자극을 생성하기 위하여 상기 허상 자극 지점을 둘러싸는 서로 인접한 셋 이상의 액추에이터를 선정하는 단계; 각각의 상기 셋 이상의 액추에이터가 생성할 촉각 자극의 세기를 결정하는 단계; 및 결정된 촉각 자극의 세기에 따라 상기 셋 이상의 액추에이터들을 작동시키는 단계를 포함한다.

Description

촉각 자극 생성 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR GENERATING TACTILE STIMULATION}

본 발명은 촉각 자극 생성 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 사용자의 신체에 복수의 촉각 자극과 허상 자극을 가하여 사용자로 하여금 하나의 연속된 촉각 스트로크로 느끼게 하는 촉각 자극 생성 장치 및 방법에 관한 것이다.

촉각 디스플레이 장치는 사용자들이 가상 현실 시스템을 이용할 때 가상의 물체와 접촉함에 따른 자극을 현실의 물리적인 자극으로 구현한다. 사용자는 현실의 물리적인 자극을 통하여 가상 물체를 실재하는 것으로 착각하게 되며, 가상 현실 시스템에 더욱 몰입할 수 있다.

최근 촉각 디스플레이의 인터페이스는 다수의 액추에이터를 사용하여 촉각 정보의 양과 질을 증가시키는 방향으로 다양한 연구가 진행되고 있다. 특히, 다수의 촉각 액추에이터들의 다양한 형태들 중에서, 상징 또는 방향 신호와 같은 정보를 사용자에게 제공하는 2D 촉각 어레이 기술이 개발되고 있다.

촉각 어레이는 통상적으로 등, 허리 또는 팔을 포함하는 상대적으로 넓은 피부 상에 사용되지만, 웨어러블(wearable) 장치와 같은 장비에 의해 접근성이 우수하고 촉감에 대한 민감도가 높은 손에도 사용된다.

촉각 어레이에 의하면, 시작 지점으로부터 종료 지점까지 설정된 경로를 따라 일부 액추에이터들이 순차적으로 자극을 가함으로써 이동식 촉각 스트로크(stroke)를 생성할 수 있다. 다수의 액추에이터가 밀집하여 분포되고, 설정된 경로 상에 대응하는 액추에이터들이 촉각 스트로크의 속도, 세기 등에 따라 순차적으로 동작함으로써, 촉각 어레이에 접촉된 신체 부위에 촉각 자극을 전달할 수 있다.

이때, 생성하려는 촉각 스트로크가 직선으로 이루어진 단순한 경로를 가지는 경우 촉각 어레이 상의 액추에이터가 상대적으로 큰 간격을 가지고 분포되는 것도 가능하나, 곡선 또는 다양한 각도로 어레이에 비스듬하게 진행하는 경로를 가지는 촉각 스트로크를 구현하는 것은 상당히 어렵다. 이를 구현하기 위해 더 많은 액추에이터를 좁은 간격으로 배치하여 어레이를 구성하는 것은 비용이 많이 들고 고장의 가능성이 높아지며 소형화가 어려운 문제점을 수반한다.

따라서, 최소한의 액추에이터를 사용하여 복잡한 경로의 촉각 스트로크를 구현할 수 있는 촉각 어레이가 요구된다.

미국 등록 특허 공보 제5,565,840호 (1996. 10. 15)

본 발명은 전술한 종래의 촉각 어레이의 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 셋 이상의 액추에이터에 의한 허상 자극과 촉각 자극을 이용하여 보다 유연하고 다양한 경로의 촉각 스트로크를 제공할 수 있는 촉각 자극 생성 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 촉각 자극 생성 장치는 촉각 자극을 생성하는 복수의 액추에이터; 및 상기 복수의 액추에이터들을 제어하는 제어 장치를 포함하며, 상기 제어 장치는 서로 인접하는 셋 이상의 액추에이터가 각각 촉각 자극을 동시에 생성하도록 하여, 각각의 상기 셋 이상의 액추에이터가 꼭지점을 이루는 영역 내에 위치하는 하나의 허상 자극이 사용자에게 감지되도록 한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제어 장치는 상기 셋 이상의 액추에이터가 각각 연속하여 복수의 촉각 자극을 생성하도록 하여, 상기 셋 이상의 액추에이터가 꼭지점을 이루는 영역 내에 복수의 허상 자극을 형성할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 촉각 자극 또는 상기 허상 자극이 순차적으로 이어지는 촉각 스트로크를 생성할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 셋 이상의 액추에이터 각각이 생성하는 촉각 자극의 세기를 조정함으로써 상기 허상 자극의 위치를 결정할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 액추에이터는 사용자의 신체와 접촉하여 상기 신체에 진동을 전달하는 진동 액추에이터일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 액추에이터는 압전 액추에이터일 수 있다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 촉각 자극 생성 방법은, 복수의 액추에이터를 이용한 촉각 자극 생성 방법으로서, 상기 복수의 액추에이터 중에서, 허상 자극 지점에 허상 자극을 생성하기 위하여 상기 허상 자극 지점을 둘러싸는 서로 인접한 셋 이상의 액추에이터를 선정하는 단계; 각각의 상기 셋 이상의 액추에이터가 생성할 촉각 자극의 세기를 결정하는 단계; 및 결정된 촉각 자극의 세기에 따라 상기 셋 이상의 액추에이터들을 작동시키는 단계를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 허상 자극 지점은 입력된 촉각 스트로크에서 미리 결정된 자극 시점 간 시간 간격과 자극의 지속 시간에 따라 추출될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 자극의 지속 시간은 자극 시점 간 시간 간격보다 작거나 같을 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 허상 자극 지점과 가장 인접한 액추에이터를 포함하는 셋 이상의 액추에이터에 의해 이루어지는 영역들 중에서 상기 허상 자극 지점이 그 내부에 위치하는 영역을 이루는 셋 이상의 액추에이터들이 선정될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 촉각 자극 생성 장치의 개략적인 구성도이다.
도 2는 도 1의 촉각 자극 생성 장치 상에 구현될 촉각 스트로크를 도시한다.
도 3은 액추에이터들이 작동하는 지속 시간과 자극 시점 간 시간 간격을 나타낸 그래프이다.
도 4는 도 1의 촉각 자극 생성 장치 상에 형성될 자극 지점들을 도시한다.
도 5는 세 개의 액추에이터에 의해 형성되는 하나의 허상 자극 지점을 도시한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 촉각 자극 생성 방법의 각 단계에 대한 순서도이다.
도 7은 도 6의 촉각 자극 생성 방법에서 복수의 액추에이터 중에서 허상 자극 지점에 허상 자극을 생성하기 위해 선정된 액추에이터를 도시한다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서 상에서 언급된 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.

구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.

위치 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~상에', '~상부에', '~하부에', '~옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수도 있다.

소자(elements) 또는 층이 다른 소자 또는 층"위(on)"로 지칭되는 것은 다른 소자 바로 위에 또는 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.

도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 도시된 것이며, 본 발명이 도시된 구성의 크기 및 두께에 반드시 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하며, 당업자가 충분히 이해할 수 있듯이 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시 가능할 수도 있다.

이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명에 따른 촉각 자극 생성 장치에 대해 설명하기로 한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 촉각 자극 생성 장치(100)는 복수의 액추에이터들(110)과 제어 장치(120)를 포함한다.

복수의 액추에이터들(110)은 촉각 자극을 생성하여 신체에 전달한다. 제어 장치(120)로부터 촉각 자극과 관련된 입력 정보를 수신하면, 액추에이터(110)는 그에 따라 물리적인 변화를 야기하여 액추에이터(110)와 접촉하고 있는 신체 부위에 자극을 가한다.

복수의 액추에이터들(110)은 본 발명에 따른 촉각 자극 생성 장치가 적용되는 분야에서의 사용 용도에 따라 적절하게 선정될 수 있다. 본 실시예에서, 액추에이터(110)로는 손바닥에 촉각 자극을 전달하기 위하여 압전 액추에이터가 선정되었으며, 12mm 금속 디스크 상에 동심을 이루도록 9mm 세라믹 디스크가 장착된 일본 교토의 무라타(Murata) 사 제품이 사용되었다. 다른 실시예에서, 액추에이터(110)로는 사용자의 신체와 접촉하여 신체에 진동을 전달하는 진동 액추에이터가 사용될 수도 있다. 그밖에 액추에이터(110)로는 신체에 물리적인 자극을 가할 수 있는 다양한 액추에이터들이 비제한적으로 사용될 수 있다.

또한, 신체 부위마다 역치가 다르므로, 자극하려는 신체 부위의 역치를 고려하여 자극하려는 신체 부위에서 감지할 수 있는 최소 자극 세기의 이상의 자극을 가할 수 있는 액추에이터가 사용되는 것이 바람직하다. 본 예시에서 사용된 액추에이터(110)의 자극 세기는 손바닥 부분의 역치보다 높은 7dB SL(Sensation Level)의 진폭이 사용되었다.

한편, 임의의 서로 다른 위치의 액추에이터에 의해 촉각 자극이 전달되는 경우, 자극하려는 해당 신체 부위가 이를 동일 위치에서의 자극이 아닌 것으로 파악할 수 있는 최소한의 거리를 고려하여, 적절한 간격으로 액추에이터들(110)을 선정하고 배치하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 머리, 등과 같이 상대적으로 덜 민감한 부위를 자극할 경우, 너무 좁은 간격을 두고 배치되면 해당 부위에서 변화를 감지하기 곤란하므로, 액추에이터들(110) 간의 간격이 상대적으로 크도록 액추에이터들(110)을 배치하는 것이 좋다. 본 실시예에서, 정사각형의 격자를 이루는 액추에이터들(110) 간의 간격을 20mm로 하였다.

액추에이터들(110)은, 복수의 액추에이터들(110)이 자극하려는 신체 부위와 동시에 접촉될 수 있도록, 하나의 평면 또는 곡면인 접촉면을 이루도록 배치될 수 있다. 이때, 액추에이터들(110)은 촉각 자극이 전달될 신체 부위와 접촉하도록 자극 영역이 외부로 노출된 상태로 배치될 수 있다. 본 예시에서, 복수의 액추에이터들(110)은, 손바닥에 복수의 액추에이터들(110) 전체가 동시에 접촉될 수 있도록, 자극면이 상방으로 노출된 상태로 하우징(111)의 볼록한 상면에 고정된다.

복수의 액추에이터들(110)은 도시된 바와 같이 정사각형의 격자를 이루도록 배치될 수 있지만, 그밖에 다양한 형상을 가지는 패턴을 이루도록 배치될 수도 있다. 후술하는 바와 같이, 인접하는 세 개의 액추에이터들(110)이 삼각형을 이루는 한, 각각의 액추에이터들(110)은 삼각형, 사각형, 육각형 등의 다양한 형상을 가지는 패턴을 이루도록 배치되어도 무방하다. 일 실시예에서, 제어를 위한 계산의 용이성 측면에서, 복수의 액추에이터들(110) 중 서로 인접하는 임의의 세 개의 액추에이터들(110)이 꼭지점을 이루는 삼각형은 직각이등변삼각형 및 정삼각형 중 어느 하나일 수 있다. 다만, 액추에이터(110)가 배치되는 패턴은 이에 한정되지 않으며 본 발명의 사용 용도 및 요구되는 자극 구현의 정확성 등을 고려하여 적절한 형상, 간격, 개수 등을 가지도록 선정될 수 있다.

이러한 복수의 액추에이터들(110)은 제어 장치(120)로부터 전송되는 촉각 스트로크 정보를 바탕으로 일련의 촉각 자극을 생성한다. 일 시점에서 일부 액추에이터들(110)만이 촉각 자극을 생성하고, 시간의 흐름에 따라 다른 일부의 액추에이터들(110)이 촉각 자극을 순차적으로 생성함으로써, 이러한 일련의 촉각 자극들에 의해 하나의 촉각 스트로크가 생성될 수 있다.

예를 들면, 촉각 스트로크는 사용자에게 방향 등을 알려주기 위한 신호로서 일방향으로 연속하여 진행하는 직선 형태의 자극 이동일 수 있다. 또한, 촉각 스트로크는 원 또는 곡선의 형태로 진행하는 자극 이동일 수도 있다. 한편, 다른 실시예에서의 촉각 스트로크는 불연속적인 위치에서의 순차적인 자극일 수도 있으며, 휴지 시간이 상대적으로 길게 간헐적으로 형성되는 자극일 수도 있다.

생성하고자 하는 촉각 스트로크에 관한 정보가 입력되면, 제어 장치(120)는 이하에서 설명되는 바와 같이, 제어 장치(120)에 입력된 촉각 스트로크에 관한 정보를 기초로 복수의 액추에이터들(110)을 제어하기 위한 정보로 처리한다.

도 2를 참조하면, 예시적인 하나의 촉각 스트로크는 복수의 액추에이터들(110)의 격자 상의 곡선으로 나타날 수 있다. 이러한 촉각 스트로크는 시간적으로 연속적이지만, 짧은 시간 간격을 두고 전달되는 두 자극을 하나의 자극으로 받아들이는 신체의 시간적 착각 특성을 이용하여 시간적으로 불연속적인 복수의 촉각 자극들로써 연속적인 촉각 스트로크를 구현할 수 있다.

이러한 신체의 시간적 착각 특성은 하나의 촉각 자극의 지속 시간 d(초)와 순차적인 자극들의 자극 시점 사이의 시간 간격 T(초)를 조정함으로써 일어날 수 있다. 정신 물리학 실험에 의한 결과로서, 순차적인 촉각 자극들을 하나의 이동하는 촉각 스트로크로 느끼게 하기 위한 최적의 조건은 아래의 수학식 1과 같다.

상기 수학식 1에 의해 각각의 촉각 자극의 지속 시간과 이어지는 촉각 자극들의 자극 시점 간 시간 간격을 결정함으로써, 촉각 스트로크를 구현할 수 있다.

한편, 후술되는 바와 같이 다수의 액추에이터를 이용하여 하나의 허상 자극을 형성하는 본 발명의 특성상, 선행 자극과 후행 자극 간에 임의의 액추에이터가 중첩됨에 따라 휴지 시간 없이 계속하여 자극을 생성하는 것을 방지하기 위하여, 아래의 수학식 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 촉각 자극의 지속 시간 di(i=0, 1, 2, …)을 자극 시점 ti 간 시간 간격 Ti보다 작거나 동일하게 설정하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 하나의 액추에이터가 선행 자극과 후행 자극에 모두 관여하는 경우, 선행 자극과 후행 자극 사이에 휴지 시간이 없게 되면, 선행 자극으로부터 후행 자극으로 자극이 이동함에도 사용자는 촉각 스트로크가 이동하는 느낌을 상대적으로 덜 받게 된다. 따라서, 상기 수학식 1에 따라 지속 시간과 자극 시점 간 시간 간격을 결정하되, 액추에이터들의 자극 지속 시간 사이에 휴지 시간을 둠으로써, 선행 자극과 후행 자극의 연속성과 이동성을 동시에 확보할 수 있다.

따라서, 상기 수학식 1과 수학식 2에 의하면,

초의 조건을 확인할 수 있다. 상기 수학식 2의 조건을 만족하도록 지속시간과 자극 시점 간 시간 간격을 결정함으로써, 액추에이터 자극의 중첩을 방지하고 선후행 자극 간의 제어상 구분을 명확히 하면서, 시간적인 착각에 의한 선후행 자극 이동 간의 연속성을 보장할 수 있다.

액추에이터의 시간당 가진 가능 횟수, 촉각 스트로크의 이동 속도 등을 고려하여, 보다 자연스럽고 부드러운 촉각 스트로크를 구현하기 위한 지속 시간 d 및 자극 시점 간 시간 간격 T를 선정한다. 예를 들면, 이동 속도가 빠른 촉각 스트로크의 경우, 시간 간격 T가 클 경우 사용자에게 불연속적으로 느껴질 수 있으므로, 시간 간격 T를 충분히 작게 설정하는 것이 좋다.

촉각 스트로크의 구현을 위하여 앞서 시간적인 착각을 이용하는 것과 같이, 공간적인 착각을 이용하는 것과 관련하여 이하에서 상세하게 설명된다.

지속 시간 d 및 자극 시점 간 시간 간격 T를 선정하고 나면, 도 4에 도시된 바와 같이 주어진 촉각 스트로크의 시점과 종점 사이에서, 선정된 시간 간격 T를 가지는 복수의 자극 지점 Pi을 추출한다.

선정된 자극 지점들은 하나의 액추에이터 직상에 위치하거나, 두 개의 액추에이터의 사이에 위치하거나, 세 개의 액추에이터가 꼭지점을 이루는 삼각형의 내부에 위치할 수 있다. 또한, 서로 인접하는 셋 이상의 액추에이터가 꼭지점을 이루는 영역 내에 위치할 수도 있다.

그 중 둘 이상의 액추에이터들 사이에 자극 지점이 위치하는 경우, 인접하는 둘 이상의 액추에이터들(110)이 촉각 자극을 생성함으로써, 사용자로 하여금 이러한 촉각 자극들을 개별적인 복수의 자극이 아닌 하나의 허상 자극으로 수용하게 할 수 있다. 즉, 일 시점에서 인접하는 둘 이상의 액추에이터들(110)이 촉각 자극을 생성하는 경우, 각각의 촉각 자극들이 하나의 허상 자극을 형성하여 사용자에게 전달된다.

도 5는 임의의 일 시점에 임의의 허상 자극 지점(P)에 허상 자극을 형성하도록 촉각 자극을 생성하는, 복수의 액추에이터(110) 중 세 개의 액추에이터들(110a, 110b, 110c)을 도시한다.

허상 자극 지점(P)은 이때, 세 개의 액추에이터(110a, 110b, 110c)가 꼭지점을 이루는 삼각형 내에 위치한다. 즉, 하나의 허상 자극을 생성할 경우, 요구되는 허상 자극 지점(P)와 가장 인접하는 셋 이하의 액추에이터가 촉각 자극을 생성한다.

도시하지는 않았지만, 허상 자극 지점과 하나의 액추에이터의 위치가 일치하는 경우, 해당 액추에이터만의 촉각 자극으로 요구되는 허상 자극을 형성할 수 있다. 이 경우, 허상 자극과 촉각 자극이 일치한다.

한편, 허상 자극 지점이 인접하는 두 개의 액추에이터들을 잇는 선분 상에 위치하는 경우, 그 두 개의 액추에이터들만이 촉각 자극을 생성함으로써, 두 액추에이터들 사이의 허상 자극 지점에 허상 자극을 형성할 수 있다.

마지막으로, 도 5에 도시된 바와 같이, 요구되는 허상 자극 지점(P)이 그와 인접하는 세 개의 액추에이터들(110a, 110b, 110c)이 꼭지점을 이루는 삼각형의 내부에 위치하는 경우, 그 세 개의 액추에이터들(110a, 110b, 110c)이 각각 촉각 자극을 생성함으로써, 그 삼각형 내부의 허상 자극 지점(P)에 허상 자극을 형성할 수 있다.

이때, 각각의 액추에이터(110a, 110b, 110c)와 허상 자극 지점(P) 간의 거리가 각각 s1, s2, s3이며, 액추에이터들(110a, 110b, 110c)이 각각 A1, A2, A3의 세기로 촉각 자극들을 생성할 경우, 아래의 수학식 3과 같이 각각의 액추에이터(110a, 110b, 110c)가 생성하는 촉각 자극들의 에너지의 합은 허상 자극의 에너지와 동일한 것으로 가정한다.

즉, 상기 수학식 3에 따르면, 세 개의 액추에이터들(110a, 110b, 110c)이 자극을 위해 발생한 에너지는 허상 자극 지점에서 허상 자극에 대한 에너지로 보존된다.

또한, 아래의 수학식 4에서 나타나는 바와 같이, 각각의 액추에이터들(110a, 110b, 110c)에 의한 허상 자극 지점(P)에서의 에너지 모멘트는 일정한 것으로 가정한다.

즉, 허상 자극 지점(P)으로부터 액추에이터까지의 거리가 멀수록, 액추에이터에 의한 촉각 자극의 세기는 작아진다. 반대로, 임의의 액추에이터와 가까운 위치의 허상 자극 지점(P)에 허상 자극을 형성하기 위해서는, 허상 자극 지점(P)과 가까운 액추에이터일수록 더 강한 세기로 촉각 자극을 생성한다. 이와 같이, 각각의 액추에이터가 생성하는 촉각 자극의 세기를 조정함으로써 허상 자극 지점의 위치를 결정할 수 있다.

상기 수학식 3 및 수학식 4에 의하면, 각각의 액추에이터(110a, 110b, 110c)들에 요구되는 에너지의 총합과 허상 자극 지점에 따라 각각의 액추에이터에 분배되어 요구되는 에너지 모멘트 간의 관계를 파악할 수 있다. 이에 따르면, 각각의 액추에이터(110a, 110b, 110c)와 각각 s1, s2, s3만큼 떨어져있는 허상 자극 지점(P)에 Av의 세기를 가지는 허상 자극을 생성하기 위하여 각각의 액추에이터(110a, 110b, 110c)가 생성하는 촉각 자극의 세기 Ai는 아래의 수학식 5와 같다.

정리하면, 요구되는 허상 자극 지점(P)의 위치와 허상 자극의 세기가 주어지면, 허상 자극 지점(P)과 인접하는 액추에이터들(110a, 110b, 110c) 각각과 허상 자극 지점(P) 사이의 거리 s1, s2, s3와, 각각의 액추에이터들(110a, 110b, 110c)이 생성할 촉각 자극들의 세기 A1, A2, A3를 알 수 있다.

이하에서는, 상술한 복수의 액추에이터들을 이용하는 촉각 자극 생성 방법에 대해 설명하도록 한다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 촉각 자극 생성 방법은 자극 시점 간 시간 간격과 자극의 지속 시간을 결정하는 단계(S110)와, 자극 시점 간 시간 간격에 따라 일련의 허상 자극 지점들을 추출하는 단계(S120)와, 허상 자극을 생성하기 위한 셋 이하의 액추에이터를 선정하는 단계(S130)와, 촉각 자극의 세기를 결정하는 단계(S140)와, 촉각 자극들의 자극 시점, 지속 시간 및 자극의 세기에 따라 복수의 액추에이터들을 작동시키는 단계(S150)를 포함한다.

먼저, 자극 시점 간 시간 간격과 자극의 지속 시간을 결정한다(S110). 자극 시점의 시간 간격은 촉각 스트로크의 전체 이동 거리와 이동 시간을 고려하여, 촉각 스트로크의 연속성과 이동성을 확보할 수 있도록 선정되는 것이 좋다. 또한, 지속 시간이 자극 시점 간 시간 간격과 동일하거나 작도록 하여 선행 자극과 후행 자극 간에 동일 액추에이터에 의한 촉각 자극이 서로 중첩되는 것을 방지하는 것이 바람직하다.

그 다음으로, 주어진 촉각 스트로크를 이루는 촉각 자극들 중에서 상기 단계(S110)에서 결정된 시간 간격을 가지는 일련의 허상 자극 지점들을 추출한다(S120).

다양한 형태의 촉각 스트로크에 관한 정보가 제어 장치(120)에 입력될 수 있다. 촉각 스트로크에 관한 정보에는 복수의 액추에이터들(110)의 위치를 기준으로, 사용자에게 수용될 촉각 자극들의 위치와 해당 위치에서의 자극의 세기를 포함한다. 또한, 촉각 스트로크에 관한 정보에는 촉각 스트로크의 시점부터 종점까지 그 사이의 촉각 자극들이 발생하는 시간도 포함된다. 즉, 촉각 스트로크를 이루는 촉각 자극들의 위치와, 해당 위치에 대응하는 촉각 자극들의 세기 및 발생 시간이 촉각 스트로크에 관한 정보에 포함된다. 이와 같은 촉각 스트로크에 관한 정보를 기초로 하여, 제어 장치(120)는 상술한 바와 같은 설정된 촉각 자극들의 자극 시점의 시간 간격을 가지는 촉각 스트로크 상의 일련의 허상 자극 지점들을 추출한다.

그 다음으로, 복수의 액추에이터들(110) 중에서, 상기 단계(S120)에서 추출된 각각의 허상 자극 지점에 허상 자극을 생성하기 위한 셋 이하의 액추에이터를 선정한다(S130).

먼저, 허상 자극 지점이 임의의 하나의 액추에이터(110)의 직상에 있는지 확인한다. 이 경우, 직상에 위치하는 액추에이터(110) 만이 촉각 스트로크에 관한 정보에 따른 자극을 그대로 생성하면 된다. 또한, 허상 자극 지점이 두 개의 액추에이터(110)의 사이에 위치하는지 확인한다. 이 경우, 상기 수학식 5에서 세번째 액추에이터에 관한 항을 제거하고 계산함으로써 인접한 두 개의 액추에이터들(110) 각각이 생성할 촉각 자극의 세기를 결정할 수 있다.

도 7을 참조하면, 허상 자극 지점이 세 개의 액추에이터들(110)이 꼭지점을 이루는 삼각형 내부에 위치하는 경우, 먼저 허상 자극 지점 P과 가장 인접하게 위치하는 액추에이터(110p)를 확인한다. 그리고 나서, 가장 인접한 액추에이터(110p)가 포함되어 이루어지는 삼각형들 중에서 상기 허상 자극 지점 P이 포함되는 삼각형을 확인하고, 해당 삼각형을 이루는 세 개의 액추에이터들(110p, 110q, 110r)을 선정한다.

그 다음으로, 각각의 셋 이하의 액추에이터가 생성할 각각의 촉각 자극의 세기를 결정한다(S140). 제어 장치(120)는 허상 자극 지점과 상기 단계(S130)에서 선정된 각각의 세 개의 액추에이터들(110) 간의 각각의 거리를 계산하고, 세 개의 액추에이터들(110)에 의한 허상 자극의 세기를 이용하여 상기 수학식 5를 통해 각각의 세 개의 액추에이터들(110)이 생성할 촉각 자극들의 세기를 결정한다.

마지막으로, 각각의 허상 자극 지점에서 허상 자극을 생성하도록 해당 허상 자극의 자극 시점, 상기 단계(S110)에서 결정된 자극의 지속 시간 및 상기 단계(S140)에서 결정된 자극의 세기에 따라 복수의 액추에이터들을 작동시킨다(S150).

이로써, 각각의 액추에이터(110)들이 설정된 시간에 설정된 세기의 자극을 순차적으로 생성하며, 각각의 시점에서 형성된 허상 자극들이 하나의 촉각 스트로크로서 사용자에게 전달된다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 촉각 자극 생성 장치(100)에 의하면, 세 개의 액추에이터에 의한 촉각 자극으로써 세 개의 액추에이터가 꼭지점을 이루는 삼각형 내 임의의 위치에 허상 자극을 형성하여, 다양한 형상을 가지는 촉각 스트로크를 더욱 선명하게 구현할 수 있다. 이러한 촉각 자극 생성 장치(100)는 4D 엔터테인먼트 시스템, 가상 현실 등에 구현됨으로써 사용자에게 더욱 풍부한 현실감을 제공할 수 있다. 또한, 시각 장애인들을 위하여 네비게이션 등의 이동 보조 수단 또는 의사 소통을 위한 인터페이스로도 사용될 수 있다. 특히, 최근 활발하게 개발되고 있는 착용형 장비에 적극적으로 응용될 수 있을 것이다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

110, 110a, 110b, 110c : 액추에이터
111 : 하우징
120 : 제어 장치

Claims (10)

1. 촉각 자극을 생성하는 복수의 액추에이터; 및
   상기 복수의 액추에이터들을 제어하는 제어 장치를 포함하며,
   상기 제어 장치는 서로 인접하는 셋 이상의 액추에이터가 각각 촉각 자극을 동시에 생성하도록 하여, 각각의 상기 셋 이상의 액추에이터가 꼭지점을 이루는 영역 내에 위치하는 하나의 허상 자극이 사용자에게 감지되도록 하고,
   상기 제어 장치는 상기 셋 이상의 액추에이터가 각각 연속하여 복수의 촉각 자극을 생성하도록 함으로써, 상기 셋 이상의 액추에이터가 꼭지점을 이루는 영역 내에 복수의 허상 자극을 형성하여, 상기 촉각 자극 또는 상기 허상 자극이 순차적으로 이어지는 촉각 스트로크를 생성하고,
   상기 촉각 스트로크를 이루는 자극들의 생성 지점은 미리 결정된 자극 시점 간 시간 간격과 자극의 지속 시간에 따라 추출되며,
   상기 촉각 스트로크를 이루는 자극들의 지속 시간은 자극 시점 간 시간 간격보다 작은 것을 특징으로 하는 촉각 자극 생성 장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1 항에 있어서,
   상기 셋 이상의 액추에이터 각각이 생성하는 촉각 자극의 세기를 조정함으로써 상기 허상 자극의 위치를 결정하는 것을 특징으로 하는 촉각 자극 생성 장치.
5. 제1 항에 있어서,
   상기 액추에이터는 사용자의 신체와 접촉하여 상기 신체에 진동을 전달하는 진동 액추에이터인 것을 특징으로 하는 촉각 자극 생성 장치.
6. 제5 항에 있어서,
   상기 액추에이터는 압전 액추에이터인 것을 특징으로 하는 촉각 자극 생성 장치.
7. 복수의 액추에이터를 이용한 촉각 자극 생성 방법으로서,
   상기 복수의 액추에이터 중에서, 허상 자극 지점에 허상 자극을 생성하기 위하여 상기 허상 자극 지점을 둘러싸는 서로 인접한 셋 이상의 액추에이터를 선정하는 단계;
   각각의 상기 셋 이상의 액추에이터가 생성할 촉각 자극의 세기를 결정하는 단계; 및
   결정된 촉각 자극의 세기에 따라 상기 셋 이상의 액추에이터들을 작동시키는 단계를 포함하며,
   상기 셋 이상의 액추에이터가 각각 연속하여 복수의 촉각 자극을 생성함으로써, 상기 셋 이상의 액추에이터가 꼭지점을 이루는 영역 내에 복수의 허상 자극이 형성되어, 상기 촉각 자극 또는 상기 허상 자극이 순차적으로 이어지는 촉각 스트로크가 생성되고,
   상기 촉각 스트로크를 이루는 자극들의 생성 지점은 미리 결정된 자극 시점 간 시간 간격과 자극의 지속 시간에 따라 추출되며,
   상기 촉각 스트로크를 이루는 자극들의 지속 시간은 자극 시점 간 시간 간격보다 작은 것을 특징으로 하는 촉각 자극 생성 방법.
8. 삭제
9. 삭제
10. 제7 항에 있어서,
    상기 허상 자극 지점과 가장 인접한 액추에이터를 포함하는 셋 이상의 액추에이터에 의해 이루어지는 영역들 중에서 상기 허상 자극 지점이 그 내부에 위치하는 영역을 이루는 셋 이상의 액추에이터들이 선정되는 것을 특징으로 하는 촉각 자극 생성 방법.

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