KR20130086235A - 전기유변 유체를 이용하는 햅틱 피드백 디바이스 - Google Patents

전기유변 유체를 이용하는 햅틱 피드백 디바이스 Download PDF

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Abstract

본 명세서에서 설명되는 실시예는 대체로 햅틱 피드백 디바이스에 관한 것이다. 몇몇 예에는, 햅틱 피드백 디바이스가 설명되어 있다. 예시적인 햅틱 피드백 디바이스는 다수의 개별 유체 챔버를 포함하는 제1 층을 포함할 수 있다. 예시적인 햅틱 피드백 디바이스는 또한 제1 층에 연결되고, 전기유변(electro-rheological fluid) 유체를 포함하는 다수의 상호 접속 미세 챔버를 포함하는 제2 층을 포함할 수 있다. 예시적인 햅틱 피드백 디바이스는 또한 상호 접속 미세 챔버의 대향하는 제1 측부 및 제2 측부에 위치하는 다수의 전극을 포함할 수 있다.

Description

전기유변 유체를 이용하는 햅틱 피드백 디바이스{HAPTIC FEEDBACK DEVICE USING ELECTRO-RHEOLOGICAL FLUID}
본 발명은 전기유변 유체(electro-rheological fluid)를 이용하는 햅틱 피드백 디바이스에 관한 것이다.
본 명세서에서 달리 나타내지 않는 한, 본 명세서에서 설명하는 재료는 종래 기술이 아니라 본원의 청구범위에 속하는 것이며, 이 섹션에 포함되는 것에 의해 종래 기술에 속하는 것으로 인정되는 것은 아니다.
증강 현실(Augmented Reality; AR)은 실제 환경의 요소를 가상 현실의 데이터와 통합하는 것에 의해 새롭게 합성된 현실을 창조한다. 예컨대, 최종 사용자에게 디스플레이하기 위해 컴퓨터 그래픽 물체를 실시간으로 실제 장면에 합성할 수 있다. 또한, AR의 범위는 햅틱 피드백과 같은 비시각적 증강과, 두서너 가지만 예를 들면 광고, 운항, 병역 및 연예 오락과 같은 보다 넓은 응용 분야를 포함하도록 확대되었다.
단지 햅틱 감각만을 또는 힘 감각만을 제공할 수 있거나 비교적 복잡한, 햅틱 정보를 나타내는 다양한 AR 디바이스가 제안되었다. 따라서, 개선된 햅틱 피드백 디바이스에 대한 관심이 증가해왔다.
본 명세서에 개시된 몇몇 실시예는 일반적으로 햅틱 피드백 디바이스에 관한 것이다.
몇몇 예에는, 다수의 개별 유체 챔버를 포함하는 제1 층을 포함할 수 있는 햅틱 피드백 디바이스가 설명되어 있다. 제2 층이 제1 층에 연결될 수 있고, 전기유변 유체를 포함하는 다수의 상호 접속 미세 챔버를 포함할 수 있다. 다수의 전극이 상호 접속 미세 챔버의 대향하는 제1 측부 및 제2 측부에 위치 설정될 수 있다.
몇몇 예에는, 햅틱 피드백 디바이스를 포함할 수 있는 시스템이 설명되어 있다. 햅틱 피드백 디바이스는 다수의 개별 유체 챔버를 구비하는 제1 층을 포함할 수 있다. 제2 층은 제1 층에 연결될 수 있고 전기유변 유체를 포함하는 다수의 상호 접속 미세 챔버를 포함할 수 있다. 다수의 전극이 상호 접속 미세 챔버의 대향하는 제1 측부 및 제2 측부에 위치 설정될 수 있다. 햅틱 피드백 시스템은 또한 햅틱 피드백 디바이스에 있는 제1 층의 개별 유체 챔버에 유압식으로 연결된 압력원을 포함할 수 있다. 햅틱 피드백 시스템은 또한 햅틱 피드백 디바이스의 전극에 전기적으로 연결된 전원에 포함될 수 있다. 햅틱 피드백 디바이스는 또한 압력원과 전원에 전기적으로 연결될 수 있다.
몇몇 예에는, 사람이 착용하는 햅틱 피드백 디바이스의 제1 층에 포함되는 다수의 개별 유체 챔버의 서브셋(subset)을 선택적으로 가압하는 것을 포함할 수 있는, 사람과 접촉하는 가상 물체를 증강 현실 공간에 햅틱적으로 나타내는 방법이 설명되어 있다. 햅틱 피드백 디바이스의 제2 층에 경도 분포가 생성될 수 있고, 제2 층은 제1 층에 연결될 수 있으며, 제1 층과 사람 사이에 위치 설정될 수 있다. 제1 층으로부터의 압력이 제2 층의 경도 분포를 통해 사람에게 전달되어, 사람에게 가상 물체와의 접촉을 나타내는 햅틱 감각과 가상 물체의 경도를 나타내는 힘 감각을 유발할 수 있다.
전술한 개요는 단지 예시적인 것이며, 어떠한 방식으로든 제한하는 것으로 의도되는 것이 아니다. 전술한 예시적인 양태, 실시예 및 피쳐(feature)뿐만 아니라, 다른 양태, 실시예 및 피쳐가 아래의 상세한 설명과 도면을 참고함으로써 명백해질 것이다.
도 1은 햅틱 피드백 디바이스를 포함하는 시스템의 블럭선도이다.
도 2a는 도 1의 햅틱 피드백 디바이스의 정면도에 관한 도시예를 보여주는 도면이다.
도 2b는 도 1의 햅틱 피드백 디바이스의 부분 측단면도에 관한 도시예를 보여주는 도면이다.
도 2c는 도 2b의 영역 2C에 있어서의 도 1의 햅틱 피드백 디바이스의 제1 층 및 제2 층의 일부의 상세 단면도에 관한 도시예를 보여주는 도면이다.
도 3a는 도 2c의 절단면선 3A를 따른 도 1의 햅틱 피드백 디바이스의 일부의 단면도에 관한 도시예를 보여주는 도면이다.
도 3b는 도 2c의 절단면선 3a를 따른 도 1의 햅틱 피드백 디바이스의 일부의 단면도에 관한 변형예를 보여주는 도면이다.
도 4a 및 도 4b는 도 1의 햅틱 피드백 디바이스의 다양한 작동 모드에 관한 도시예를 보여주는 도면이다.
도 5는 도 2c의 절단면선 5를 따른 도 1의 햅틱 피드백 디바이스의 일부의 단면도에 관한 도시예를 보여주는 도면이다.
도 6a 내지 도 6c는 AR 공간에서의 가상 물체와 사람의 접촉에 관한 다양한 상태와 도 1의 햅틱 피드백 디바이스의 다양한 대응하는 작동 모드에 관한 도시예이다.
도 7은 AR 공간에서 사람과 접촉하는 가상 물체를 햅틱적으로 나타내는 방법에 관한 예시적인 흐름도를 보여준다.
도 8은 햅틱 피드백 디바이스를 형성하기에 적합한 시스템의 예시적인 실시예에 관한 블럭선도이다.
모든 도면들은 여기에서 제시된 적어도 몇몇 실시예에 따라 구성되었다.
아래의 상세한 설명에서는, 본 명세서의 일부를 형성하는 첨부 도면을 참고로 한다. 도면에서 문맥상 달리 언급하지 않으면 유사한 부호는 통상적으로 유사한 구성요소를 나타낸다. 상세한 설명, 도면 및 특허청구범위에 기술되는 예시적 실시예들은 한정하는 것을 의미하지 않는다. 여기에 제시되는 보호 대상의 사상 또는 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예들이 활용될 수 있으며 다른 변경이 이루어질 수 있다. 여기에 총괄적으로 기술되고 도면에 도시되는 본 발명의 개시물의 양태들은 모두 여기에서 명시적으로 고려되고 있는 매우 다양한 상이한 구성으로 배열, 치환, 결합, 분리 및 설계될 수 있음을 쉽게 이해할 것이다.
본 명세서에 개시된 몇몇 실시예는 일반적으로, AR 공간에서 사람과 접촉하는 가상 물체를 햅틱적으로 나타내도록 구성된 햅틱 피드백 디바이스에 관한 것이다. 예시적인 햅틱 피드백 디바이스는 사람이 착용하도록 그리고 햅틱 정보를 사람에게 전송하도록 구성된 장갑 또는 다른 적절한 아이템으로서 구현될 수 있다. 예시적인 실시예는 제1 층, 제2 층 및 다수의 전극을 포함할 수 있다. 제1 층은 다수의 개별 유체 챔버를 포함할 수 있다. 제2 층은 제1 층에 연결될 수 있고, 전기유변(Electro-Rhelogical; "ER") 유체를 포함하는 다수의 상호 접속 미세 챔버를 포함할 수 있다. 전극은 제2 층의 상호 접속 미세 챔버의 대향하는 제1 측부 및 제2 측부에 위치 설정될 수 있다.
예시적인 실시예는 또한 압력원, 전원 및 제어 모듈을 포함할 수 있다. 압력원은 개별 유체 챔버를 선택적으로 가압하도록 햅틱 피드백 디바이스에 있는 제1 층의 개별 유체 챔버에 유압식으로 연결될 수 있다. 전원은 전극들 사이에 위치 설정된 상호 접속 미세 챔버에 걸쳐 전기장을 선택적으로 인가하도록 전극에 전기적으로 연결될 수 있다. 제어 모듈은 압력원과 전원을 제어하도록 압력원과 전원에 전기적으로 연결될 수 있다.
작동 시에, 햅틱 피드백 디바이스에 있는 제1 층의 개별 유체 챔버의 서브셋은 압력원에 의해 제어되는 유체에 의해 그리고 제어 모듈에 의해 압력원에 제공되는 데이터 신호에 따라 선택적으로 가압될 수 있다. 경도 분포는 전원에 의해 그리고 제어 모듈에 의해 전원에 제공되는 데이터 신호에 따라 전극의 서브셋을 통해 그리고 햅틱 피드백 디바이스의 제2 층에 있는 상호 접속 미세 챔버의 서브셋에 걸쳐 전기장을 선택적으로 인가하는 것에 의해 햅틱 피드백 디바이스의 제2 층에 형성될 수 있다. 제1 층의 개별 유체 챔버의 가압된 서브셋으로부터의 압력은 제2 층의 경도 분포를 통해 사람에게 전달되어, 사람에게 가상 물체와의 접촉을 나타내는 햅틱 감각과 가상 물체의 경도를 나타내는 힘 감각을 유발한다.
도 1은 본 명세서에서 설명되는 적어도 몇몇 실시예에 따라 구성된 햅틱 피드백 디바이스를 포함하는 시스템(100)의 블럭선도이다. 일반적으로, 시스템(100)은 AR 공간(106)에서 사람의 신체 부분(104)과 접촉하는 가상 물체(102)를 햅틱적으로 나타내도록 구성될 수 있다. 예컨대, 시스템(100)은 사람에게 가상 물체와의 접촉을 나타내는 햅틱 감각과 가상 물체(102)의 경도를 나타내는 힘 감각 모두를 유발하도록 구성될 수 있다.
예시된 실시예에서, 시스템(100)은 햅틱 피드백 디바이스(108), 전원(110), 압력원(112) 및 제어 모듈(114)을 포함한다.
간략하게는, 햅틱 피드백 디바이스(108)는 다수의 개별 유체 챔버를 포함하는 제1 층, ER 유체를 포함하는 다수의 상호 접속 미세 챔버를 포함하는 제2 층 및 상호 접속 미세 챔버의 대향 측부에 위치 설정되는 다수의 전극을 포함한다. 제1 층에 있는 개별 유체 챔버는, 햅틱 피드백 디바이스(108)를 착용하고 있는 사람에게 가상 물체(102)와의 접촉을 나타내는 햅틱 감각을 유발하도록 독립적으로 그리고 선택적으로 가압될 수 있다. 미세 챔버의 서브셋 내에서 ER 유체의 겉보기 점도(apparent viscosity)를 변경하고, 이에 의해 햅틱 피드백 디바이스(108)를 착용하고 있는 사람에게 가상 물체(102)의 경도를 나타내는 힘 감각을 유발하기 위해 전기장이 전극의 서브셋을 통해 그리고 미세 챔버의 서브셋에 걸쳐 선택적으로 인가될 수 있다. 햅틱 피드백 디바이스(108)에 관한 추가의 세부사항이 아래에 제시된다.
도 1에 도시한 바와 같이, 햅틱 피드백 디바이스(108)는 사람의 손에 착용될 수 있는 장갑으로서 구성될 수 있다. 보다 일반적으로, 햅틱 피드백 디바이스(108)는 실제적으로 사람의 임의의 신체 부분에 착용되도록 구성될 수 있다. 예컨대, 햅틱 피드백 디바이스(108)는 각각 사람의 손, 발, 하부 몸통 및 다리와 상부 몸통 및 팔 또는 얼굴에 일반적으로 착용되는 장갑, 양말, 바지, 셔츠 또는 마스크로서 구성될 수 있다.
전원(110)은 햅틱 피드백 디바이스(108)에 전기적으로 연결된다. 보다 구체적으로, 전원(110)은 햅틱 피드백 디바이스(108)의 전극에 전기적으로 연결될 수 있다. 전원(110)은 제어 모듈(114)로부터 수신된 데이터 신호에 따라 전극을 통해 그리고 햅틱 피드백 디바이스(108)의 대응하는 미세 챔버에 걸쳐 선택적으로 전기장을 인가하도록 구성될 수 있다. 몇몇 실시예에 따르면, 미세 챔버 내에 포함된 EF 유체의 겉보기 점도는 인가된 전기장에 따라 변경될 수 있다.
압력원(112)은 햅틱 피드백 디바이스(108)에 유압식으로 연결될 수 있다. 보다 구체적으로, 압력원(112)은 햅틱 피드백 디바이스(108)의 개별 유체 챔버에 유압식으로 연결될 수 있다. 압력원(112)은 제어 모듈(114)로부터 수신된 데이터 신호에 따라 햅틱 피드백 디바이스(108)의 개별 유체 챔버를 선택적으로 가압하도록 구성될 수 있다.
제어 모듈(114)은 전원(110)과 압력원(112)에 전기적으로 연결될 수 있다. 제어 모듈(114)은 전원(110)과 압력원(112)에 데이터 신호를 제공하도록 구성될 수 있다. 데이터 신호는 사람과 가상 물체(102)의 접촉에 관한 다양한 상태를 나타낼 수 있다. 예컨대, 각각의 데이터 신호는 손과 같은 사람의 신체 부분(104)과 AR 공간(106) 내의 가상 물체(102)의 접촉에 관한 다양한 상태를 나타낼 수 있다. 도시하지는 않았지만, 제어 모듈(114)은 메모리 또는 다른 데이터 저장 디바이스에 저장된 컴퓨터 실행 가능한 명령을 실행하는 프로세서를 포함할 수도 있고, 그렇지 않은 경우에는 이러한 프로세서를 이용할 수도 있다.
시스템(100)은 햅틱 피드백 디바이스 내에 포함된 개별 유체 챔버를 선택적으로 가압하기 위해 압력원(112)에 의해 이용되도록 구성된 유체(116)를 더 포함한다. 몇몇 실시예에 따르면, 유체(116)는 압력원(112)에 의해 하나 이상의 호스(118) 또는 다른 적절한 유체 채널을 통해 햅틱 피드백 디바이스(108)로부터 그리고 이 햅틱 피드백 디바이스로 전달될 수 있다.
일반적으로, 유체(116)는 실질적으로 균일한 점도를 갖는 가스, 액체 또는 다른 유체를 포함할 수 있다. 예컨대, 유체(116)는 공기, 물 또는 오일을 포함할 수 있다.
유체(116)는 약 800 센티푸아즈(centipoise; "cP") 미만의 점도를 가질 수 있다. 몇몇 실시예에서, 유체(116)의 점도는 약 0 센티푸아즈(cP) 내지 약 800 cP 범위일 수 있다. 다른 실시예에서, 유체(116)의 점도는 약 0.0018 cP 내지 약 100 cP 범위일 수 있다.
도 2a는 본 명세서에 설명되는 적어도 몇몇 실시예에 따라 구성된 도 1의 햅틱 피드백 디바이스(108)의 정면도에 관한 도시예를 보여준다. 도 2b는 본 명세서에 설명되는 적어도 몇몇 실시예에 따라 구성된 도 1의 햅틱 피드백 디바이스(108)의 부분 측단면도의 도시예를 보여준다.
도 2a의 도시된 실시예에서, 햅틱 피드백 디바이스(108)는 장갑이며, 다수의 손가락(202A 내지 202E)과 손바닥(204)을 포함한다. 햅틱 피드백 디바이스(108)는 도 2a에서 점선(206A 내지 206F)으로 나타낸 다수의 개별 유체 챔버를 더 포함한다. 개별 유체 챔버(206A 내지 206F) 각각은 손가락(202A 내지 202E) 각각 또는 손바닥(204)에 대응할 수 있다. 대안으로서, 햅틱 피드백 디바이스(108)는 다수의 개별 유체 챔버의 다수의 서브셋을 포함할 수 있으며, 각각의 서브셋은 손가락(202A 내지 202E) 각각 또는 손바닥(204)에 대응할 수 있다. 보다 일반적으로, 임의의 개수의 개별 유체 챔버가 햅틱 피드백 디바이스(108)에 마련될 수 있으며, 개별 유체 챔버의 개수가 더 많을수록, 사람의 신체 부분에 대한 햅틱 피드백을 국소화하는 데 있어서의 입도(granularity)가 더 미세해진다.
도 2b에 도시한 바와 같이, 햅틱 피드백 디바이스(108)는 제1 층(208) 및 제2 층(210)을 포함한다. 햅틱 피드백 디바이스(108)의 개별 유체 챔버(206A 내지 206F)는 제1 층(208)에 형성될 수 있다. 도 2a 및 도 2b를 함께 참고하면, 제1 층(208)에 형성되는 개별 유체 챔버(206A 내지 206F)는 통상 손가락(202A 내지 202E)과 손바닥(204)의 앞면(예컨대, 손바닥쪽)에 제공될 수 있다. 대안으로서 또는 추가로, 제1 층(208)에 형성되는 개별 유체 챔버(206A 내지 206F)는 손가락(202A 내지 202E)과 손바닥(204)의 측면 및/또는 뒷면에 제공될 수 있다.
햅틱 피드백 디바이스(108)의 제2 층(210)은 제1 층(208)에 연결될 수 있다. 보다 통상적으로, 제2 층(210)은, 햅틱 피드백 디바이스(108)를 사람의 신체 부분에 착용했을 때에 제1 층(208)과 사람의 신체 부분 사이에 있도록 위치 설정될 수 있다.
도 2c는 본 명세서에서 설명되는 적어도 몇몇 실시예에 따라 구성되는, 도 2b의 2C 부분에 있어서의 햅틱 피드백 디바이스(108)의 제1 층(208) 및 제2 층(210)의 일부의 상세 단면도에 관한 도시예를 보여준다. 도 2c의 도시한 실시예에는, 제1 층(210)에 형성된 개별 유체 챔버(206A 내지 206F)들 중 하나가 도시되어 있고, 총괄적으로 개별 유체 챔버(206)로 나타낸다. 개별 유체 챔버(206)는 부분적으로 또는 완전히 유체(116)로 충전될 수 있다.
제2 층(210)은 챔버 디바이더(214)에 의해 한정되는 다수의 상호 접속 미세 챔버(212)를 포함한다. ER 유체(216)는 제2 층(210) 내의 미세 챔버(212) 중 일부 또는 모두를 부분적으로 또는 완전히 충전할 수 있다. 일반적으로, ER 유체(216)의 겉보기 점도는 전기장의 인가에 반응하여 가역적으로 변경될 수 있다.
ER 유체(216)는 약 100 킬로파스칼(kilopascals; "kPA")과 같은 비교적 높은 항복 응력을 가질 수 있다. 몇몇 실시예에서, ER 유체(216)의 항복 응력은 약 200 kPA이다.
ER 유체(216)는 실리콘 오일과 같은 오일을 포함하는 전기 절연 유체에 있는 고상 입자의 현탁액을 포함할 수 있다. 예컨대, 현탁액의 고상 입자는 산화티타늄("TiO2"), 폴리아닐린, 미세 캡슐화 폴리아닐린, 폴리(나프탈렌 퀴닌) 라디칼, 폴리(p-페닐렌), 또는 다른 적절한 재료를 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 현탁액의 고상 입자는 나노 입자이다.
계속해서 도 2c를 참고하면, 제2 층(210)은 그 사이에 ER 유체(216)를 함유하는 대향하는 제1 막(218)과 제2 막(220)을 포함한다. 챔버 디바이더(214)가 제1 막(218)과 제2 막(220) 상에 형성된다. 제1 막(218)과 제2 막(220) 및 챔버 디바이더(214)는 몇몇 실시예에서 수지를 포함한다. 예컨대, 제1 막(218)과 제2 막(220) 및 챔버 디바이더(214)는 제한하는 것은 아니지만 폴리에틸렌 테레프탈레이트("PET"), 폴리카보네이트("PC"), 폴리이미드, 폴리아미드 또는 폴리아미드-이미드("PAI")를 포함할 수 있다.
제1 전극(222) 및 제2 전극(224)[총괄하여, "전극(222, 224)"이라고 함]이 각각 제1 막(218) 및 제2 막(220)에 매설될 수 있다. 몇몇 실시예에 따르면, 각각의 전극(222, 224)은 실질적으로 도전성 재료로 이루어진 스트립이다. 예컨대, 각각의 전극(222, 224)은 구리, 니켈, 주석, 은, 아연, 철, 금, 백금 등 또는 이들의 합금과 같은 도전성 금속(들), 도전성 폴리머 등 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
추가로, 전극(222, 224)들은 직교 방향으로 정렬될 수 있다. 구체적으로는 도 2c의 도시된 실시예에서, 제1 전극(222)은 도면의 지면 내외로 뻗는 수평 방향으로 정렬되는 반면, 제2 전극(224)(도 2c에 도시된 하나의 전극)은 도면의 지면의 수직 방향으로 정렬된다. 전극(222, 224)에 관한 추가의 세부는 도 5a 및 도 5b에 관하여 아래에서 제시된다.
제2 층(210) 내의 미세 챔버(212)는 다양한 단면 형상을 가질 수 있다. 이에 관하여, 도 3a는 본 명세서에서 설명되는 적어도 몇몇 실시예에 따라 구성된, 도 2c의 절단면선 3A를 따른 도 1의 햅틱 피드백 디바이스(108)의 일부에 관한 단면도의 도시예를 보여준다. 도 3a의 도시한 실시예에서, 챔버 디바이더(214)의 구성은 미세 챔버(212)가 대체로 정사각형 단면을 갖도록 되어 있다.
그러나 더 통상적으로, 챔버 디바이더(214)는 제한하는 것은 아니지만 정사각형, 직사각형, 삼각형, 원형, 육각형 또는 팔각형을 포함하는 실제적으로 임의의 단면 형성을 갖는 미세 챔버(212)를 한정하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 도 3b는 도 2c의 절단면선 3A를 따른 도 1의 햅틱 피드백 디바이스(108)의 일부에 관한 단면의 변형예를 보여준다. 도 3b의 도시한 실시예에서, 미세 챔버(212A)는 육각형 단면 형상을 갖는다.
도 4a 및 도 4b는 본 명세서에서 설명되는 적어도 몇몇 실시예에 따라 구성된, 도 1의 햅틱 피드백 디바이스(108)의 다양한 작동 모드에 관한 도시예를 보여준다. 도 4a 및 도 4b에서, 사람이 햅틱 피드백 디바이스(108)를 신체 부분(402)에 착용할 때, 사람의 신체 부분(402)이 햅틱 피드백 디바이스(108)의 제2 층(210)에 근접하게 위치될 수 있다. 제2 층(210)은 제1 층(208)과 신체 부분(402) 사이에 위치된다.
도 4a에는 사람의 신체 부분(402)이 대응하는 AR 공간에서 가상 물체와 접촉하지 않는 상태를 나타내도록 구성된 햅틱 피드백 디바이스(108)의 모드가 도시되어 있다. 구체적으로 도 4a에서, 제1 층(208)에 있는 개별 유체 챔버(206)는 일부 유체(116)를 포함할 수는 있지만, 유체(116)가 개별 유체 챔버(206)를 가압하지 않았다. 또한, ER 유체(216)가 미세 챔버(212) 내에서 비교적 낮은 점도를 갖도록 임의의 미세 챔버(212)들에 걸쳐 전기장이 인가되지 않았다. 따라서, 사람의 신체 부분(402)은 제2 층(210)과 전혀 접촉하지 않을 수도 있고, 단지 우연히 제2 층(210)과 접촉할 수도 있다. 사람의 신체 부분(402)과 제2 층(210)과의 접촉의 결여 또는 단지 우연한 접촉은 사람의 신체 부분(402)과 가상 물체 간의 접촉의 결여를 햅틱적으로 나타낼 수 있다.
이와 대조적으로, 도 4b에는 사람의 신체 부분(402)이 가상 물체와 접촉하여 가상 물체에 힘을 가하는 상태를 나타내도록 구성된 햅틱 피드백 디바이스(108)의 모드가 도시되어 있다. 구체적으로 도 4b에서, 개별 유체 챔버(206)는, 예컨대 추가의 유체(116)를 개별 유체 챔버(206)로 펌핑하는 것에 의해 가압될 수 있다. 또한, 전기장이 특정 미세 챔버(212A)에 걸쳐 인가되어, 제2 층(210) 내의 ER 유체(216)의 겉보기 점도를 증가시키고 404로 나타낸 경질 영역을 형성하였다.
그 후, 제1 층(208)으로부터의 압력이 제2 층(210)을 통해 사람의 신체 부분(402)에 전달되어, 제2 층(210)을 사람의 신체 부분(402)에 맞닿도록 압박한다. 미세 챔버(212A) 내의 ER 유체(216)의 겉보기 점도가 증가하였기 때문에, 미세 챔버(212A) 내의 ER 유체(216)는 적어도 부분적으로 미세 챔버(212A) 내에 억류되어 경질 영역(404)을 형성한다. 비교하자면, 다른 미세 챔버(212) 내의 ER 유체(216)의 겉보기 점도는 비교적 낮기 때문에, 다른 미세 챔버(212) 내의 ER 유체(216)는 미세 챔버(212A)에서 멀어지게 다른 미세 챔버(216)로부터 흘러나갈 수 있다. 따라서, 제1 층(208)으로부터 제2 층(210)을 통해 전달되는 압력은 경질 영역(404)을 통해 사람의 신체 부분(402) 중 한 부분에만 집중될 수 있다.
도 5는 본 명세서에서 설명되는 적어도 몇몇 실시예에 따라 구성된, 도 2c의 절단면선 5를 따른 도 1의 햅틱 피드백 디바이스(108)의 일부에 관한 단면도의 도시예를 보여준다. 도 5의 도시된 실시예에서, 제1 전극(222)은 제1 전극(222A 내지 222C)을 포함한다. 제2 전극(224)은 도 5에서 224A 및 224B로 나타낸다. 제1 전극(222)과 제2 전극(224) 사이에 삽입된 미세 챔버(212)는 도 5에서 점선으로나타내고 미세 챔버(212A)를 포함한다.
도 5에 도시한 바와 같이, 제1 전극(222) 및 제2 전극(224)은 직교 방향으로 정렬될 수 있다. 제1 전극(222)과 제2 전극(224)의 직교 정렬은 전기장이 개별적인 본위(本位) 또는 그룹핑된 본위의 미세 챔버(212)에 독립적으로 인가되도록 한다. 예컨대 주로 미세 챔버(212A)에 걸쳐 전기장을 인가하기 위해, 전기장은 제1 전극(222B)과 제2 전극(224B)을 통해 인가될 수 있다. 다른 예로서, 주로 미세 챔버(212A)와 미세 챔버(212A)와 동일한 컬럼에 있는 다른 미세 챔버(212)에 걸쳐 전기장을 인가하기 위해, 전기장은 제1 전극(222A 내지 222C) 및 제2 전극(224B)를 통해 인가될 수 있다.
도 6a 내지 도 6c는, AR 공간(106)에서의 가상 물체(102)와 사람의 접촉의 다양한 상태와, 본 명세서에서 설명되는 적어도 몇몇 실시예에 따라 구성된, 도 1의 햅틱 피드백 디바이스(108)의 다양한 대응하는 작동 모드에 관한 도시예를 보여준다. 햅틱 피드백 디바이스(108)의 다양한 작동 모드는 본 명세서에서 설명되는 적어도 몇몇 실시예에 따른 다양한 접촉 상태를 나타내도록 구성될 수 있다.
예컨대, 도 6a의 상부에는 사람의 집게손가락과 같은 사람의 신체 부분(104)이 AR 공간(106)에서 가상 물체(102)와 접촉하는 경우가 도시되어 있다. 도 6a의 저부를 참고하면, 햅틱 피드백 디바이스(108)의 집게손가락(202D)에 있는 제1 층(208) 내의 개별 유체 챔버(206D)가 유체(116)로 가압되어 도 6a의 상부와 관련된 접촉 상태를 나타낼 수 있다. 개별 유체 챔버(206D)의 가압은 사람에게 가상 물체(102)와의 접촉을 나타내는 햅틱 감각을 유발하도록 이루어질 수 있다.
도 6b의 상부를 참고하면, 사람은 햅틱 피드백 디바이스(108) 내에서 신체 부분(104)을 움직일 수도 있고, 신체 부분(104)이 AR 공간(106)에 있는 가상 물체(102)에 작은 힘(f)을 가하는 것을 나타내는 다른 입력이 제공될 수도 있다. 도 6b의 저부를 참고하면, 도 6b의 상부와 관련된 접촉 상태를 나타내도록 개별 유체 챔버(206D)가 도 6a에 관하여 설명한 바와 같이 가압되는 동안에 제1 층(210) 내에 경도 분포가 생성될 수 있다. 경도 분포는 하나 이상의 경질 부분(602)과 하나 이상의 연질 영역(604)을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에 따르면, 경도 분포는 경질 부분(602)에 상응하는 제2 층(210) 내의 미세 챔버(212)의 제1 서브셋(도 2c)에 걸쳐 전기장을 선택적으로 인가하는 것에 의해 생성될 수 있다. 그 후, 제1 층(208)의 가압된 개별 유체 챔버(206D)로부터의 압력이 제2 층(210)의 경도 분포를 통해 전달되어, 사람에게 가상 물체(102)와의 접촉을 나타내는 햅틱 감각과, 가상 ㅁ물(102)의 경도를 나타내는 힘 감각 모두를 유발할 수 있다.
도 6c의 상부를 참고하면, 사람은 대안으로써 또는 추가로 햅틱 피드백 디바이스(108) 내에서 신체 부분(104)을 움직일 수도 있고, 신체 부분(104)이 AR 공간(106) 내의 가상 물체(102)에 큰 힘(F)을 가하는 것을 나타내는 다른 입력이 제공될 수도 있다. 큰 힘(F)은 크기에 있어서 작은 힘(f)보다 클 수 있다. 도 6c의 저부를 참고하면, 도 6c의 상부와 관련된 접촉 상태를 나타내기 위해 개별 유체 챔버(206D)가 도 6a에 관하여 설명한 바와 같이 가압되는 동안, 제2 층(210) 내에 도 6b의 경도 분포와 상이한 다른 경도 분포가 생성될 수 있다. 구체적으로, 도 6c의 경도 분포는 도 6b에 비해 전기장이 인가되는 미세 챔버(212)(도 2c)의 개수를 증가시키는 것에 의해 비교적 큰 경질 부분(602A)과 비교적 작은 연질 부분(604A)을 포함할 수 있다. 대안으로서 또는 추가로, 경질 부분(604A)의 경도는 인가되는 전기장의 크기를 변경하는 것에 의해 도 6b의 경질 부분(604)의 경도에 대해 변경될 수 있다.
도 7은 본 명세서에 설명되는 적어도 몇몇 실시예에 따라 구성된 AR 공간에서 가상 물체가 사람과 접촉하는 것을 햅틱적으로 나타내는 방법(700)의 예시적인 흐름도를 보여준다. 상기 방법(700)은 블럭(702, 704, 706)들 중 하나 이상으로 나타낸 바와 같은 다양한 공정, 기능 또는 작용을 포함한다. 상기 방법(700)은 블럭 702에서 시작한다.
블럭 702에서, 사람이 착용한 햅틱 피드백 디바이스의 제1 층에 포함된 다수의 개별 유체 챔버의 서브셋이 선택적으로 가압될 수 있다. 햅틱 피드백 디바이스는 본 명세서에서 설명되는 적어도 몇몇 실시예에 따라 구성된 햅틱 피드백 디바이스일 수 있다. 따라서 몇몇 실시예에서, 개별 유체 챔버의 서브셋을 선택적으로 가압하는 것은 도 1의 유체(116)를 이용하여 도 2a의 개별 유체 챔버(206A 내지 206F)들 중 하나 이상을 가압하는 도 1의 압력원(112)을 포함할 수 있다. 블럭 702에는 블럭 704가 후속할 수 있다.
블럭 704에서, 햅틱 피드백 디바이스의 제2 층에 경도 분포가 생성될 수 있다. 햅틱 피드백 디바이스의 제2 층은 햅틱 피드백 디바이스의 제1 층에 연결될 수 있고, 제1 층과 사람 사이에 위치될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 햅틱 피드백 디바이스의 제2 층에 경도 분포를 생성하는 것은, 미세 챔버들의 서브셋에 포함된 ER 유체의 겉보기 점도를 변경하기 위해 제2 층에 있는 다수의 상호 접속 미세 챔버의 서브셋 - ER 유체가 미세 챔버 전부에 포함됨 - 에 걸쳐 선택적으로 전기장을 인가하는 것을 포함할 수 있다. 블럭 704에는 블럭 706이 후속할 수 있다.
블럭 706에서, 압력이 제1 층으로부터 제2 층의 경도 분포를 통해 햅틱 피드백 디바이스를 착용하고 있는 사람에게 전달될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 압력을 제1 층으로부터 제2 층의 경도 분포를 통해 전달하는 것은 햅틱 피드백 디바이스를 착용하고 있는 사람에게 가상 물체와 접촉하는 것을 나타내는 햅틱 감각과, 가상 물체의 경도를 나타내는 힘 감각을 유발하도록 이루어질 수 있다.
당업자라면, 본 명세서에 개시된 이러한 프로세스 및 방법과 다른 프로세스 및 방법에 있어서 상기 프로세스 및 방법에서 수행되는 기능은 상이한 순서로 구현될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 또한, 개략적인 상기 단계 및 공정은 단지 예로서 제공되는 것이며, 개시된 실시예의 핵심 사상으로부터 벗어나는 일 없이, 상기 단계 및 공정 중 일부는 선택적일 수도 있고, 보다 적은 수의 단계 및 공정으로 조합될 수도 있으며, 추가의 단계 및 공정으로 확대될 수도 있다.
예컨대, 도 7에 도시하거나 전술하지 않은 다른 기능 및 공정이 방법(700)에 포함될 수 있다. 예로서, 방법(700)은 사람이 인지하는 가상 물체의 경도의 크기를 증가시키기 위해 인가되는 전기장의 크기를 증가시키는 것을 더 포함할 수 있다.
다른 예로서, 방법(700)은 사람이 인지하는 가상 물체의 경도의 크기를 감소시키기 위해 인가되는 전기장의 크기를 감소시키는 것을 더 포함할 수 있다.
도 8은 본 명세서에 설명되는 적어도 몇몇 실시예에 따라 구성된, 도 1의 햅틱 피드백 디바이스(108)와 같은 햅틱 피드백 디바이스를 형성하는 데 적절한 시스템(800)의 예시적인 실시예의 블럭선도이다. 도 8은 햅틱 피드백 디바이스를 형성하기 위한 구성 요소들 일부 또는 모두가 자동 제어될 수 있는 것을 예시한다. 제어 모듈(802)이 메모리(806)에 저장된 컴퓨터 실행 가능한 명령을 실행하기 위해 프로세서(804)를 사용할 수 있다. 제어 모듈(802)은 제1 층 형성 시스템(808), 제2 층 형성 시스템(810) 및 조립 시스템(812) 중 하나 이상에 연결될 수 있다.
제어 모듈(802)은 상기 시스템(808, 810, 812) 중 하나 이상 또는 이들 시스템의 일부를 아래에서 설명되는 기능 또는 작용 중 하나 이상을 자동식 또는 반자동식으로 수행하게 제어하도록 구성될 수 있다.
제1 층 형성 시스템(808)은 다수의 개별 유체 챔버를 포함하는 제1 층 재료를 형성하도록 구성될 수 있다. 제1 층 재료는 궁극적으로, 제1 층 재료가 도 2a 내지 도 2c의 제1 층(208)과 같은 햅틱 피드백 디바이스의 제1 층으로서 구현되는 햅틱 피드백 디바이스에 포함될 수 있다. 제1 층 형성 시스템(808)은, 예컨대 팽창 몰더(814; inflation molder) 및 히트 실러(816; heater sealer)를 포함할 수 있다.
팽창 몰더(814)는 제한하는 것은 아니지만 PET, PC, 폴리이미드, 폴리아미드 또는 PAI를 포함하는 임의의 적절한 재료로부터 중공형 제1 층 재료를 형성하도록 구성될 수 있다.
히트 실러(816)는 제1 층 재료 내에 개별 챔버를 형성하기 위해 미리 정해진 라인을 따라 제1 층 재료를 밀봉하도록 구성될 수 있다. 제1 층 재료 내에 형성되는 개별 챔버는 상술한 햅틱 피드백 디바이스(108)와 같은 완성된 햅틱 피드백 디바이스의 개별 유체 챔버(206A 내지 206F)에 상응하도록 제1 층 재료 내에 배열될 수 있다.
제2 층 형성 시스템(810)은 롤 대 롤 시스템(roll-to-roll system)으로서 구현될 수 있고, ER 유체로 충전되는 다수의 상호 접속 미세 챔버를 포함하는 제2 층 재료를 형성되도록 구성될 수 있다. 제2 층 재료는 궁극적으로, 제2 층 재료가 도 2a 내지 도 2c의 제2 층과 같은 햅틱 피드백 디바이스의 제2 층으로서 구현되는 햅틱 피드백 디바이스에 포함될 수 있다.
제2 층 형성 시스템(810)은 롤 대 롤 시스템으로서 구현될 수 있으며, 예컨대 다수의 안내 롤러(818), 엠보싱 롤러(820), ER 유체 분배기(822), 적층 섹션(824), 커터(826) 및 챔버 디바이더 재료 분배기(828)를 포함할 수 있다.
안내 롤러(818)는 다양한 막(830, 832)을 제2 층 형성 시스템(810)을 통과하게 안내하도록 구성될 수 있다. 막(830, 832)는 제한하는 것은 아니지만, PET, PC, 폴리이미드, 폴리아미드 또는 PAI를 포함하는 임의의 적절한 재료를 포함할 수 있다. 또한, 각각의 막(830, 832)은 도 5의 제1 전극(222) 및 제2 전극(224)과 같은, 각각의 막(830, 832)에 매설되는 전극을 포함할 수 있다. 막(830, 832)에 매설되는 전극은, 막(830, 832)이 적층 섹션(824)에서 함께 연결될 때 막(830)에 있는 전극이 막(832)에 있는 전극과 직교하게 배열되도록 배치된다.
챔버 디바이더 재료 분배기(828)는 막(830) 상에 부정형 챔버 디바이더 재료(834)를 퇴적시키도록 구성될 수 있다. 부정형 챔버 디바이더 재료(834)는 미경화 수지일 수 있고, 제한하는 것은 아니지만 PET, PC, 폴리이미드, 폴리아미드 또는 PAI를 포함할 수 있다.
엠보싱 롤러(820)는 상호 접속 미세 챔버(838)를 한정하는 챔버 디바이더(836)를 형성하도록 구성될 수 있다.
도시하지는 않았지만, 형성된 챔버 디바이더(836)를 경화시키도록 작용할 수 있는 열과 같은 촉매를 제공하기 위해 열원이나 다른 구성요소가 제2 층 형성 시스템(810)에 선택적으로 포함될 수 있다.
ER 유체 분배기(822)는 미세 챔버(838)에 ER 유체(840)를 퇴적시키도록 구성될 수 있다. ER 유체(840)는 서브미크론 입자, 나노 입자 또는 다른 적절한 크기를 갖는 입자를 포함할 수 있다. ER 유체(840)의 입자는 제한하는 것은 아니지만, TiO2, 폴리아닐린, 미세 캡슐화 폴리아닐린, 폴리(나프탈렌 퀴닌) 라디칼, 또는 폴리(p-페닐렌)을 포함할 수 있다. 대안으로서 또는 추가로, ER 유체(840)는 실리콘 오일과 같은 유체를 포함할 수 있다.
선택적으로, ER 유체 분배기(822)에 의해 퇴적되는 ER 유체(840)는 ER 유체(840)의 퇴적된 매스(mass)의 상면으로 부동하도록 구성된 경량 에멀전을 포함할 수 있다. 상면에 있는 경량 에멀전은 미세 챔버(838) 내에 ER 유체(822)를 경화하고 밀봉하도록 구성될 수 있다.
대안으로서 또는 추가로, ER 유체 분배기(822)로 ER 유체(840)를 퇴적시킨 후, 퇴적된 ER 유체(840)의 상면에 밀봉액이 퇴적될 수 있다. 밀봉액은 미세 챔버(838) 내의 ER 유체를 경화시키고 밀봉하도록 구성될 수 있다.
적층 섹션(824)은 막(830, 832)들을 함께 적층하도록 구성될 수 있다. 도시하지는 않았지만, 막(832)은 ER 유체(840)로 충전된 미세 챔버(838)를 포함하도록 막(830)과 유사한 프로세스를 거칠 수도 있고, 막(832)에는 미세 챔버(838)와 ER 유체(840)가 결여되어 있을 수도 있다.
선택적으로, 2개의 막(830)을 적층한 후에 함께 연결하도록 적층 섹션(824)에 도달하기 전에 막(830, 832) 중 어느 하나 또는 양자 모두에 접착제(도시하지 않음)가 퇴적될 수 있다. 접착제는 UV 경화형 접착제나 다른 적절한 접착제를 포함할 수 있다. 적층 섹션(824)은 제2 층 재료(842)를, 상술한 햅틱 피드백 디바이스(108)와 같은 완성된 햅틱 피드백 디바이스의 상호 접속 미세 챔버(212)에 상응하는 ER 유체(840)를 포함하는 상호 접속 미세 챔버(838)를 포함하게 형성하도록 막(830, 832)들을 함께 적층시킨다.
커터(826)는 제2 층 재료(842)를 미리 정해진 크기 및/또는 형상의 세그먼트로 분할하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 커터(826)는 제2 층 재료(842)를 완성된 햅틱 피드백 디바이스에 포함시키기에 적절한 패턴화된 세그먼트로 분할하도록 구성될 수 있다.
조립 시스템(812)은 완성된 햅틱 피드백 디바이스를 형성하기 위해, 제1 층 형성 시스템(808)으로부터의 제1 층 재료(도시하지 않음)를 제2 층 형성 시스템(810)으로부터의 제2 층 재료(842) 및/또는 다양한 다른 재료와 함께 조립하도록 구성될 수 있다. 다양한 다른 재료는, 제1 층 재료 및 제2 층 재료와 통합될 수 있는 다른 아이템이나 장갑과 같은 미리 제작된 의류를 포함할 수 있다. 조립 시스템(812)은, 예컨대 라미네이터(844), 커터(846) 및 재봉틀(848)을 포함할 수 있다.
라미네이터(844)는 조합된 재료(도시하지 않음)를 형성하기 위해 제1 층 재료(도시하지 않음)와 제2 층 재료(842)를 연결하도록 구성될 수 있다.
커터(846)는 조합된 재료를 목표 햅틱 피드백 디바이스와 관련된 미리 정해진 패턴을 따라 절단하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 목표 햅틱 피드백 디바이스가 장갑인 경우, 조합된 재료는 손가락 및 손바닥 섹션을 포함하는 패턴으로 절단될 수 있다. 대안으로서, 커터(846)는 라미네이터(844)가 절단된 제1 층 재료와 제2 층 재료를 연결하기 전에 제1 층 재료와 제2 층 재료를 개별적으로 미리 정해진 패턴으로 절단하도록 구성될 수 있다.
재봉틀(848)이나 다른 디바이스는, 사람이 장갑 또는 의류의 다른 아이템이나 다른 캐리어를 착용할 때에 제1 층 재료와 제2 층 재료를 포함하는 조합된 재료가 햅틱 정보를 감지할 수 있는 사람의 하나 이상의 신체 부분에 근접 위치되도록, 장갑 또는 의류의 다른 아이템이나 다른 캐리어 내에 절단된 조합 재료를 고착하도록 구성될 수 있다.
본 개시물은 다양한 양태에 대한 설명으로서 의도되는, 본 출원에 설명된 특정 실시예들에 의해 한정되지 않는다. 당업자에게 명백한 바와 같이, 그 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고 다양한 변형 및 변경이 행해질 수도 있다. 본 명세서에 열거된 방법들과 장치들 외에도 본 개시물의 범위 내에서 기능적으로 등가의 방법들과 장치들은 상기 상세한 설명으로부터 당업자에게 명백할 것이다. 이러한 변형 및 변경은 첨부된 청구범위의 범위 내에 있도록 의도된다. 본 개시물은 첨부된 청구범위가 부여한 등가물들의 전체 범위와 함께 이러한 청구범위의 관점들에 의해서만 한정될 것이다. 본 개시물은 특정 방법, 시약, 화합물 조성 또는 생물학적 시스템으로 제한되는 것이 아니라, 당연히 변경될 수 있음을 이해해야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어는 특정 실시예들만을 기술하기 위함이며, 한정하는 것으로 의도되지 않음이 이해될 것이다.
본 명세서에서의 실질적으로 임의의 복수 용어 및/또는 단수 용어의 사용에 대해서, 당업자는 문맥 및/또는 명세서에 적당하도록 복수에서 단수로 및/또는 단수에서 복수로 해석할 수도 있다. 다양한 단수/복수의 치환은 간결함을 위해 본 명세서에서 명시적으로 언급될 수 있다.
일반적으로, 본 명세서에서 그리고 특히 첨부된 청구항(예를 들어, 첨부된 청구항의 본문)에서 사용되는 용어는 일반적으로 "개방적인" 용어들(예를 들어, "포함하는" 이라는 용어는 "포함하지만 한정되지 않는"으로 해석되어야 하고, "갖는" 이라는 용어는 "적어도 갖는"으로 해석되어야 하고, "포함한다" 라는 용어는 "포함하지만 한정되지 않는다"로 해석되어야 한다)로서 의도된다는 것이 당업자에 의해 이해될 것이다. 또한, 도입된 청구항 기재의 특정한 수가 의도되는 경우, 이러한 의도는 청구항에 명시적으로 기재될 것이며, 이러한 기재의 부재 시에 그러한 의도가 없다는 것이 당업자에 의해 이해될 것이다. 예를 들어, 이해를 돕기 위하여, 다음의 첨부된 청구항은 청구항 기재를 도입하기 위한 "적어도 하나" 및 "하나 이상" 의 서두 어구의 사용을 포함할 수도 있다. 그러나, 이러한 어구의 사용은, 동일 청구항이 서두 어구 "하나 이상" 또는 "적어도 하나" 및 "a" 또는 "an" 과 같은 부정관사(예를 들어, "a" 및/또는 "an" 은 "적어도 하나" 또는 "하나 이상" 을 의미하도록 해석되어야 한다)를 포함할 때에도, 부정관사 "a" 또는 "an" 에 의한 청구항 기재의 도입이 이렇게 도입된 청구항 기재를 포함하는 임의의 특정 청구항을 하나의 이러한 기재만을 포함하는 실시형태들로 한정한다는 것을 내포하는 것으로 해석되어서는 안되며, 청구항 기재를 도입하는 데 사용되는 정관사의 사용에 대해서도 동일하게 유효하다. 또한, 도입되는 청구항 기재의 구체적 수가 명시적으로 기재되는 경우에도, 당업자는 이러한 기재가 적어도 기재된 수 (예를 들어, 다른 수식어 없이, "2 개의 기재" 에 대한 그대로의 기재는, 적어도 2 개의 기재들 또는 2 개 이상의 기재들을 의미한다) 를 의미하는 것으로 해석되어야 한다는 것을 인식할 것이다. 또한, "A, B 및 C 중 적어도 하나 등" 과 유사한 관례가 사용되는 경우에서, 일반적으로 이러한 구성은 당업자가 그 관례를 이해할 것이라는 의미로 의도된다 (예를 들어, "A, B 및 C 중 적어도 하나를 갖는 시스템" 은 A 만을, B 만을, C 만을, A 및 B 를 함께, A 및 C 를 함께, B 및 C 를 함께, 및/또는 A, B 및 C 를 함께 등을 갖는 시스템을 포함하지만 이에 한정되지 않을 것이다). "A, B 또는 C 중 적어도 하나 등" 과 유사한 관례가 사용되는 경우에서, 일반적으로 이러한 구성은 당업자가 그 관례를 이해할 것이라는 의미로 의도된다(예를 들어, "A, B 또는 C 중 적어도 하나를 갖는 시스템" 은 A 만을, B 만을, C 만을, A 및 B 를 함께, A 및 C를 함께, B 및 C 를 함께, 및/또는 A, B 및 C 를 함께 등을 갖는 시스템을 포함하지만 이에 한정되지 않을 것이다). 또한, 상세한 설명, 청구범위 또는 도면에서, 2 개 이상의 택일적 용어를 나타내는 실질적으로 임의의 이접 단어 및/또는 어구가 용어들 중 하나, 용어들 중 어느 한쪽 또는 양 용어 모두를 포함할 가능성들을 예상하도록 이해해야 한다는 것이 당업자에 의해 이해될 것이다. 예를 들어, 어구 "A 또는 B" 는 "A" 또는 "B"나 "A 및 B" 의 가능성을 포함하도록 이해될 것이다.
또한, 본 개시물의 피쳐 또는 양태들이 마커쉬(Markush) 군들에 의해 기술되는 경우, 당업자는 본 개시물이 또한 이에 따라 마커쉬 군의 임의의 개별 요소 또는 요소들의 하위군에 의해 기술됨을 인식할 것이다.
당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 임의의 그리고 모든 목적을 위해, 특히 서면 기재를 제공하는 관점에서, 본 명세서에 개시된 모든 범위는 또한 임의의 그리고 모든 가능한 하위범위(subrange) 및 그 하위범위들의 조합을 포함한다. 임의의 열거된 범위는 동일 범위를 충분히 기술하고 동일 범위가 적어도 2 등분, 3 등분, 4 등분, 5 등분, 10 등분 등으로 분할되게 하는 것으로서 용이하게 인식될 수도 있다. 비제한적 실시예로서, 본 명세서에서 논의된 각각의 범위는 용이하게 하위 3 분의 1, 중위 3 분의 1 및 상위 3 분의 1 등으로 분할될 수도 있다. 또한, 당업자에 의해 이해되는 바와 같이, "까지", "적어도" 등과 같은 모든 용어는 인용된 수를 포함하고 계속해서 상술한 바와 같은 하위범위들로 분할될 수도 있는 범위를 언급한다. 마지막으로, 당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 범위는 각각의 개별 요소를 포함한다. 따라서 예를 들어, 1 내지 3 개의 셀들을 갖는 군은 1 개의 셀, 2 개의 셀 또는 3 개의 셀을 갖는 군들을 언급한다. 유사하게, 1 내지 5개의 셀들을 갖는 군은 1 개의 셀, 2 개의 셀, 3 개의 셀, 4 개의 셀 또는 5 개의 셀 등을 갖는 군들을 언급한다.
전술한 사항으로부터, 본 명세서에는 본 개시물의 다양한 실시예가 예시를 목적으로 설명되어 있고, 본 개시물의 사상 및 범위로부터 벗어나는 일 없이 다양한 수정이 이루어질 수 있음을 이해할 것이다. 따라서, 본 명세서에 개시된 다양한 실시예는 제한하는 것으로 의도되지 않으며, 상기 사상 및 범위는 아래의 특허청구범위에 의해 제시된다.

Claims (26)

  1. 햅틱 피드백 디바이스(haptic feedback device)로서,
    복수 개의 개별 유체 챔버를 포함하는 제1 층;
    제1 층에 연결되고, 전기유변 유체(electro-rheological fluid)를 포함하는 복수 개의 상호 접속 미세 챔버를 포함하는 제2 층; 및
    복수 개의 상호 접속 미세 챔버의 대향하는 제1 측부 및 제2 측부 상에 위치설정되는 복수 개의 전극
    을 포함하는 햅틱 피드백 디바이스.
  2. 제1항에 있어서, 상기 햅틱 피드백 디바이스는 사람의 손에 착용되도록 구성된 장갑을 포함하는 것인 햅틱 피드백 디바이스.
  3. 제2항에 있어서, 상기 장갑은 복수 개의 손가락 및 손바닥을 포함하고, 복수 개의 개별 유체 챔버 각각은 복수 개의 손가락 중 상이한 하나의 손가락 또는 손바닥에 대응하는 것인 햅틱 피드백 디바이스.
  4. 제2항에 있어서, 상기 장갑은 복수 개의 손가락 및 손바닥을 포함하고,
    상기 복수 개의 개별 유체 챔버는 복수 개의 서브셋(subset)으로 분할되며, 복수 개의 서브셋 각각은 다수의 개별 유체 챔버를 포함하고,
    복수 개의 서브셋 각각은 복수 개의 손가락 중 상이한 하나의 손가락 또는 손바닥에 대응하는 것인 햅틱 피드백 디바이스.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 층은 그 사이에 전기유변 유체를 포함하는 대향하는 제1 막과 제2 막을 포함하고,
    상기 복수 개의 전극 각각은 제1 막 또는 제2 막 각각의 내부에 실질적으로 밀폐되는 것인 햅틱 피드백 디바이스.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 복수 개의 전극 각각은 실질적으로 도전성 재료의 스트립을 포함하고,
    복수 개의 상호 접속 미세 챔버의 제1 측부 상에 위치 설정되는 복수 개의 전극의 제1 서브셋 각각은 제1 방향으로 정렬되며,
    복수 개의 상호 접속 미세 챔버의 제2 측부 상에 위치 설정되는 복수 개의 전극의 제2 서브셋 각각은 제1 방향과 실질적으로 직교하는 제2 방향으로 정렬되는 것인 햅틱 피드백 디바이스.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 층 및 제2 층 각각은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리카보네이트(PC), 폴리이미드, 폴리아미드 또는 폴리아미드-이미드(PAI) 중 하나 이상을 포함하는 수지막을 포함하는 것인 햅틱 피드백 디바이스.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기유변 유체는 100 킬로파스칼(kPa)보다 큰 항복 응력을 갖는 것인 햅틱 피드백 디바이스.
  9. 제8항에 있어서, 상기 전기유변 유체는 약 200 kPa의 항복 응력을 갖는 것인 햅틱 피드백 디바이스.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기유변 유체는 오일에 분산된 고상 입자를 포함하는 것인 햅틱 피드백 디바이스.
  11. 제10항에 있어서, 상기 고상 입자는 산화티타늄("TiO2"), 폴라아닐린, 미세 캡슐화 폴리아닐린, 폴리(나프탈렌 퀴논) 라디칼 또는 폴리(p-페닐렌) 중 적어도 하나를 포함하는 것인 햅틱 피드백 디바이스.
  12. 제10항에 있어서, 상기 오일은 실리콘 오일을 포함하는 것인 햅틱 피드백 디바이스.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수 개의 전극은 복수 개의 상호 접속 미세 챔버 각각에 걸쳐 선택적으로 그리고 독립적으로 전기장을 인가하도록 구성되는 것인 햅틱 피드백 디바이스.
  14. 시스템으로서,
    제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 햅틱 피드백 디바이스로서, 사람이 착용하도록 구성된 햅틱 피드백 디바이스;
    상기 복수 개의 개별 유체 챔버에 유압식으로 연결되는 압력원;
    상기 복수 개의 전극에 전기적으로 연결되는 전원; 및
    상기 압력원과 전원에 전기적으로 연결되는 제어 모듈
    을 포함하는 시스템.
  15. 제14항에 있어서, 상기 햅틱 피드백 디바이스에 포함되는 복수 개의 개별 유체 챔버를 선택적으로 가압하기 위해 압력원에 의해 사용되도록 구성된 유체를 더 포함하는 시스템.
  16. 제15항에 있어서, 상기 유체는 실질적으로 균일한 점도를 갖는 가스 또는 액체를 포함하는 것인 시스템.
  17. 제15항 또는 제16항에 있어서, 상기 유체는 공기, 물 또는 오일을 포함하는 것인 시스템.
  18. 제15항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유체는 약 0 cP(centipoise) 내지 약 800 cP의 점도를 갖는 것인 시스템.
  19. 제18항에 있어서, 상기 유체는 약 0.0018 cP 내지 약 100 cP의 점도를 갖는 것인 시스템.
  20. 제14항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 모듈은 압력원과 전원에 사람과 가상 물체의 접촉 상태를 나타내는 데이터 신호를 제공하도록 구성되는 것인 시스템.
  21. 제20항에 있어서, 상기 압력원은 데이터 신호에 따라 복수 개의 개별 유체 챔버의 서브셋을 선택적으로 가압하도록 구성되고,
    상기 전원은 데이터 신호에 따라 복수 개의 상호 접속 미세 챔버의 서브셋에 포함된 전기유변 유체의 일부의 겉보기 점도를 변경하기 위해, 복수 개의 전극의 서브셋을 통해 복수 개의 상호 접속 미세 챔버의 서브셋에 걸쳐 선택적으로 전기장을 인가하도록 구성되는 것인 시스템.
  22. 증강 현실 공간(augmented reality space)에서 가상 물체가 사람과 접촉한 것을 햅틱적으로 나타내는 방법으로서,
    사람에 의해 착용되는 햅틱 피드백 디바이스의 제1 층에 포함되는 복수 개의 개별 유체 챔버의 서브셋을 선택적으로 가압하는 것;
    햅틱 피드백 디바이스의 제2 층에 경도 분포를 생성하는 것으로서, 상기 제2 층은 제1 층에 연결되고 제1 층과 사람 사이에 위치 설정되는 것; 및
    사람에게 가상 물체와의 접촉을 나타내는 햅틱 감각과 가상 물체의 경도를 나타내는 힘 감각을 유발하기 위해, 압력을 제1 층으로부터 제2 층의 경도 분포를 통해 사람에게 전달하는 것
    을 포함하는 방법.
  23. 제22항에 있어서, 상기 제2 층에 경도 분포를 생성하는 것은 복수 개의 상호 접속 미세 챔버의 서브셋에 포함되는 전기유변 유체의 일부의 겉보기 점도를 변경하기 위해, 제2 층의 복수 개의 상호 접속 미세 챔버의 서브셋에 걸쳐 선택적으로 전기장을 인가하는 것을 포함하는 것인 방법.
  24. 제22항 또는 제23항에 있어서, 사람에 의해 인지되는 가상 물체의 경도의 크기를 증가시키기 위해, 인가되는 전기장의 크기를 증가시키는 것을 더 포함하는 방법.
  25. 제22항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 사람에 의해 인지되는 가상 물체의 경도의 크기를 감소시키기 위해, 인가되는 전기장의 크기를 감소시키는 것을 더 포함하는 방법.
  26. 제22항에 있어서, 상기 햅틱 피드백 디바이스는 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 햅틱 피드백 디바이스를 포함하는 것인 방법.
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