KR20190080802A - 가상 물체의 터칭 및 파지와 관련된 햅틱 효과를 제공하는 시스템 및 방법 - Google Patents
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Abstract
햅틱 효과를 제공하기 위한 웨어러블 디바이스는 착용자의 손 일부분에 착용되도록 구성된 웨어러블 하우징 및 웨어러블 하우징에 고정된 액추에이터를 포함한다. 웨어러블 하우징은 손의 손가락에 부합하도록 구성된 제1 디지트 세그먼트와, 손의 다른 손가락 또는 엄지 손가락에 부합하도록 구성된 제2 디지트 세그먼트를 포함한다. 액추에이터는 가상 물체를 터치 또는 파지하는 것과 관련된 가상 상호 작용을 나타내는 명령 신호를 수신하도록 구성된다. 명령 신호에 응답하여, 액추에이터는 손의 일부분에 힘을 제공하거나 제1 및 제2 디지트 세그먼트의 서로에 향한 이동에 대한 저항을 렌더링하는 힘을 제공한다. 액추에이터는 손의 일부분에 향하는 힘을 기계적으로 안정화시키기 위해, 웨어러블 하우징을 사용한다. 웨어러블 디바이스는 가상 물체에 대응하는 실제 물체와 사용자의 상호 작용에 대한 동적 응답을 감지하도록 구성된 센서를 더 포함할 수 있으며, 감지된 동적 응답은 실제 물체의 물리적 특성을 평가하는데 사용된다.
Description
본 발명의 실시예는 햅틱 효과에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 가상 물체(virtual object)를 터칭 및/또는 파지하는 것과 관련된 가상 상호 작용(virtual interaction)를 나타내는 햅틱 효과에 관한 것이다.
비디오 게임 및 비디오 게임 시스템은 캐주얼 게이머(casual gamer)를 대상으로 하는 마케팅 및 그에 따른 참여로 인하여 더욱 인기가 높아지고 있다. 종래의 비디오 게임 디바이스 또는 컨트롤러는 사용자에게 피드백을 제공하기 위해 시각 및 청각 신호를 사용한다. 일부 인터페이스 디바이스에서, (활동력 및 저항력 피드백과 같은) 운동감각 피드백(kinesthetic feedback) 및/또는 (진동, 텍스처 및 열과 같은) 촉감 피드백(tactile feedback)이 또한 사용자에게 제공되며, 이는 보다 일반적으로는 통칭하여 "햅틱 피드백" 또는 "햅틱 효과"라 알려져 있다. 햅틱 피드백은 사용자 상호 작용 또는 사용자 경험을 향상시키고 단순화하는 신호를 제공할 수 있다. 구체적으로, 진동 효과, 또는 진동촉감 햅틱 효과(vibrotactile haptic effect)는, 사용자에게 특정 이벤트를 알리거나 또는 모의 환경 또는 가상 환경 내에서 더 감각적인 몰입을 창출하기 위하여 실감나는 피드백을 제공하도록 전자 디바이스의 사용자에게 신호를 제공하는데 유용할 수 있다.
게이밍, 가상 현실(virtual reality), 증강 현실(augmented reality) 및 다른 디바이스를 위한 종래의 햅틱 피드백 시스템은 일반적으로는 햅틱 피드백을 생성하기 위한 휴대용 컨트롤러(hand-held controller)/주변 장치(peripheral)의 하우징에 부착되거나 그 안에 포함된 하나 이상의 액추에이터를 포함한다. 본 발명의 실시예는 햅틱 피드백을 생성하기 위한 웨어러블 디바이스(wearable device)에 부착되거나 그 안에 포함된 하나 이상의 액추에이터에 관한 것이다.
본 발명의 실시예는 햅틱 효과를 제공하기 위한 웨어러블 디바이스에 관한 것이다. 웨어러블 디바이스는 착용자의 손의 3 개 이하의 디지트에 착용되도록 구성된 웨어러블 하우징을 포함한다. 웨어러블 하우징은 손의 하나의 손가락에 부합하도록 구성된 제1 디지트 세그먼트(first digit segment), 손의 다른 손가락 또는 엄지 손가락에 부합하도록 구성된 제2 디지트 세그먼트, 및 제1 디지트 세그먼트와 상기 제2 디지트 세그먼트 사이에서 연장하도록 배치된 앵커를 포함한다. 앵커는 손의 손등 쪽에서 손의 손바닥 쪽으로 연장하도록 형상화된 새들(saddle) 모양이다. 또한, 웨어러블 디바이스는 웨어러블 하우징에 고정된 액추에이터를 포함한다. 액추에이터는 가상 물체를 파지하는 것과 관련된 가상 상호 작용을 나타내는 명령 신호(command signal)를 수신하고, 명령 신호에 응답하여, 웨어러블 하우징의 제1 디지트 세그먼트가 웨어러블 하우징의 제2 디지트 세그먼트 쪽으로의 이동에 대한 저항을 렌더링하는 힘을 제공하며, 그 반대인 경우도 마찬가지가 되도록 구성된다. 액추에이터는 손에 향한 힘을 기계적으로 안정화시키기 위해 웨어러블 하우징의 앵커를 사용한다.
하나의 실시예에서, 웨어러블 하우징의 앵커는 손바닥 표면의 일부분 상에 배치되도록 구성된 손바닥 플랩(ventral flap) 및 손등 표면의 일부분 상에 배치되도록 구성된 손등 플랩(dorsal flap)을 포함한다.
하나의 실시예에서, 앵커는 손에 부합함으로써 손에 대해 웨어러블 하우징을 기계적으로 안정화시킨다.
하나의 실시예에서, 액추에이터는 스마트 소재로 형성되며, 액추에이터의 강성은 명령 신호에 응답하여 힘을 제공하도록 변화된다.
하나의 실시예에서, 액추에이터는 웨어러블 하우징의 외부로 연장하며, 웨어러블 하우징의 제1 디지트 세그먼트에 고정된 제1 단부 및 웨어러블 하우징의 제2 디지트 세그먼트에 고정된 제2 대향 단부를 갖는 적어도 하나의 스트랜드 또는 코일을 포함한다. 하나의 실시예에서, 액추에이터의 적어도 하나의 스트랜드 또는 코일은, 명령 신호에 응답하여 변형 가능한 스마트 소재로 형성되고, 웨어러블 하우징의 제1 디지트 세그먼트에 고정된 제1 단부를 갖는 제1 스트랜드와 명령 신호에 응답하여 변형 가능한 스마트 소재로부터 형성되고, 웨어러블 하우징의 제3 디지트 세그먼트에 고정된 제1 단부 및 웨어러블 하우징의 제2 디지트 세그먼트에 고정된 제2 대향 단부를 갖는 제2 스트랜드를 포함한다.
일 실시예에서, 액추에이터는 쉘을 포함하며, 스마트 소재는 쉘 내에 배치된 금속으로, 금속은 명령 신호에 응답하여 액체 상태 및 고체 상태를 갖는다.
일 실시예에서, 액추에이터는 웨어러블 하우징의 내부로 연장되며 웨어러블 하우징의 제1 디지트 세그먼트 및 웨어러블 하우징의 제2 디지트 세그먼트에 부합한다. 액추에이터는 쉘을 포함하며, 스마트 소재는 쉘 내에 배치된 금속으로, 금속은 명령 신호에 응답하여 액체 상태 및 고체 상태를 갖는다. 일 실시예에서, 쉘은 복수의 내부 컴파트먼트(interior compartment)를 포함하며, 스마트 소재는 손의 관절에 인접하여 배치되도록 위치된 복수의 내부 컴파트먼트의 내부 컴파트먼트에만 배치된다.
일 실시예에서, 웨어러블 디바이스는 웨어러블 하우징에 고정되고 가상 물체에 대응하는 실제 물체(real-world object)와의 사용자 상호 작용에 대한 동적 반응(dynamic response)을 감지하도록 구성된 적어도 하나의 센서를 더 포함한다. 동적 반응은 실제 물체의 물리적 특성을 평가하는데 사용되며, 이러한 물리적 특성은 실제 물체의 사이즈, 형상, 강성, 무게, 열적 특성, 또는 텍스처(texture) 중의 적어도 하나이다. 가상 상호 작용은 가상 물체의 촉감 특성이며, 이러한 촉감 특성은 가상 물체의 사이즈, 형상, 강성, 무게, 열적 특성, 또는 텍스처 중의 적어도 하나이며 실제 물체의 물리적 특성에 대응한다.
일 실시예에서, 각각의 제1 디지트 세그먼트 및 제2 디지트 세그먼트는 폐쇄된 팁 단부를 가지며 앵커에 배치된 단부를 갖는 관형 구성 요소이다.
일 실시예에서, 웨어러블 하우징은 손의 단지 2 개의 디지트에만 착용되도록 구성되는데, 이때 제1 디지트 세그먼트는 손의 하나의 손가락에 부합하도록 구성되며 제2 디지트 세그먼트는 손의 엄지 손가락에 부합하도록 구성된다.
본 발명의 다른 실시예에서, 햅틱 효과를 제공하기 위한 시스템은 착용자의 제1 손의 일부분에 착용되도록 구성된 제1 웨어러블 하우징, 제1 웨어러블 하우징에 고정된 제1 센서, 착용자의 제2 손의 일부분에 부합하도록 구성된 제2 웨어러블 하우징, 제2 웨어러블 하우징에 고정된 제2 센서, 및 제1 웨어러블 하우징에 고정된 액추에이터를 포함한다. 제1 웨어러블 하우징은 제1 손의 하나의 손가락에 부합하도록 구성된 제1 디지트 세그먼트 및 제1 손의 다른 손가락 또는 엄지 손가락에 부합하도록 구성된 제2 디지트 세그먼트를 포함한다. 제2 웨어러블 하우징은 제2 손의 하나의 손가락에 부합하도록 구성된 제1 디지트 세그먼트 및 제2 손의 다른 손가락 또는 엄지 손가락에 부합하도록 구성된 제2 디지트 세그먼트를 포함한다. 제1 센서 및 제2 센서는 실제 물체와의 사용자 상호 작용에 대한 동적 반응을 집합적으로 감지하도록 구성된다. 동적 반응은 실제 물체의 물리적 특성을 평가하는데 사용되며, 이러한 물리적 특성은 실제 물체의 사이즈, 형상, 강성, 무게, 열적 특성 또는 텍스처 중의 적어도 하나이다. 액추에이터는 실제 물체에 대응하는 가상 물체를 파지하는 것과 관련된 가상 상호 작용을 나타내는 명령 신호를 수신하고, 명령 신호에 응답하여, 제1 웨어러블 하우징의 제1 디지트 세그먼트가 제1 웨어러블 하우징의 제2 디지트 세그먼트 쪽으로의 이동에 대한 저항을 렌더링하는 힘을 제공하도록 구성된다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 햅틱 효과를 제공하기 위한 웨어러블 디바이스는 착용자의 손의 3 개 이하의 디지트에 착용되도록 구성된 웨어러블 하우징, 및 웨어러블 하우징에 고정된 액추에이터를 포함한다. 웨어러블 하우징은 손의 하나의 손가락에 부합하도록 구성된 제1 디지트 세그먼트, 손의 다른 손가락 또는 엄지 손가락에 부합하도록 구성된 제2 디지트 세그먼트, 및 제1 디지트 세그먼트와 상기 제2 디지트 세그먼트 사이에서 연장하도록 배치된 앵커를 포함한다. 앵커는 손등 쪽에서 손바닥 쪽으로 연장하도록 형상화된 새들 모양이다. 액추에이터는 가상 물체를 터칭하는 것과 관련된 가상 상호 작용을 나타내는 명령 신호를 수신하고, 명령 신호에 응답하여 손의 일부분 상에 힘을 제공하도록 구성된다. 액추에이터는 손에 대한 힘을 기계적으로 안정화시키기 위해 웨어러블 하우징의 앵커를 사용한다.
일 실시예에서, 액추에이터는 웨어러블 하우징의 적어도 하나의 디지트 세그먼트에 고정된다.
일 실시예에서, 액추에이터는 명령 신호에 응답하여 변형 가능한 스마트 소재를 포함한다.
일 실시예에서, 액추에이터는 착용자의 손가락의 손바닥 쪽과 접촉하도록 구성된 적어도 하나의 디지트 세그먼트의 일부분에 고정된다.
일 실시예에서, 액추에이터는 착용자의 손가락을 에워싸도록 적어도 하나의 디지트 세그먼트에 고정된다.
본 발명의 전술한 특징 및 이점 및 다른 특징 및 이점은 첨부된 도면에 도시된 본 발명의 실시예의 다음의 설명으로부터 자명해질 것이다. 본원에 포함되어 명세서의 일부를 형성하는 첨부 도면은 또한 본 발명의 원리를 설명하고 당해 기술 분야의 통상의 기술자가 본 발명을 달성하고 사용할 수 있도록 제공하는 것이다. 첨부 도면은 축적도가 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 햅틱 효과를 제공하기 위한 웨어러블 디바이스를 포함하는 시스템의 개략도로서, 시스템은 또한 호스트 컴퓨터를 포함한다.
도 2는 도 1의 시스템의 블록도이다.
도 3a는 도 1의 웨어러블 디바이스의 사시도로서, 웨어러블 디바이스는 착용자의 손의 일부분 상에 배치되며, 웨어러블 디바이스는 착용자의 손의 하나의 손가락에 부합하도록 구성된 제1 디지트 세그먼트(digit segment) 및 착용자의 손의 엄지 손가락에 부합하도록 구성된 제2 디지트 세그먼트를 포함한다.
도 3b는 도 1의 웨어러블 디바이스의 또 다른 사시도이다.
도 4a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 햅틱 효과를 제공하기 위한 웨어러블 디바이스의 사시도로서, 웨어러블 디바이스는 착용자의 손의 일부분 상에 배치되며, 웨어러블 디바이스는 착용자의 손의 제1 손가락에 부합하도록 구성된 제1 디지트 세그먼트, 착용자의 손의 엄지 손가락에 부합하도록 구성된 제2 디지트 세그먼트, 및 착용자의 손의 제3 손가락에 부합하도록 구성된 제3 디지트 세그먼트를 포함한다.
도 4b는 도 4a의 웨어러블 디바이스의 또 다른 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 디바이스로 가상 물체를 터칭하는 것과 관련된 가상 상호 작용을 나타내는 햅틱 효과를 제공하는 것을 도시한 흐름도이다.
도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 디바이스의 제1 디지트 세그먼트의 개략도로서, 액추에이터는 웨어러블 디바이스의 제1 디지트 세그먼트에 고정되고, 액추에이터는 제1 자석 및 제2 자석을 포함하되, 제1 자석 및 제2 자석은 서로 끌어 당기는 제1 구성으로 도시되어 있다.
도 6b는 도 6a의 실시예에 따른 제1 디지트 세그먼트의 또 다른 개략도로서, 제1 자석 및 제2 자석은 서로 반발하는 제2 구성으로 도시된다.
도 6c는 도 6a의 실시예의 대안에 따른 제1 디지트 세그먼트의 개략도로서, 제1 자석 및 제2 자석은 착용자의 손가락의 대향 측 상에 위치되도록 웨어러블 디바이스에 고정된다.
도 7a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 웨어러블 디바이스의 제1 디지트 세그먼트의 개략도로서, 액추에이터는 웨어러블 디바이스의 제1 디지트 세그먼트에 고정되고, 액추에이터는 명령 신호에 응답하여 변형 가능한 스마트 소재의 세그먼트를 포함하되, 스마트 소재의 세그먼트는 변형되지 않은 제1 구성으로 도시되어 있다.
도 7b는 도 7a의 실시예에 따른 제1 디지트 세그먼트의 또 다른 개략도로서, 스마트 소재의 세그먼트는 변형된 제2 구성으로 도시되어 있다.
도 7c는 도 7a의 실시예의 대안에 따른 제1 디지트 세그먼트의 개략도로서, 스마트 소재는 착용자의 손가락을 감싸도록 밴드 형태로 형상화된다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 디바이스로 가상 물체를 파지하는 것과 관련된 가상 상호 작용을 나타내는 햅틱 효과를 제공하는 것을 도시한 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 디바이스의 개략도로서, 액추에이터는 웨어러블 디바이스의 제1 디지트 세그먼트에 고정된 제1 자석 및 웨어러블 디바이스의 제2 디지트 세그먼트에 고정된 제2 자석을 포함하되, 제1 자석 및 제2 자석은 명령 신호에 응답하여 서로 반발하도록 구성되어 있다.
도 10a는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 디바이스의 개략도로서, 액추에이터는 웨어러블 디바이스의 외부로 연장되고, 웨어러블 디바이스의 제1 디지트 세그먼트에 고정된 제1 단부 및 웨어러블 디바이스의 제2 디지트 세그먼트에 고정된 제2 대향 단부를 갖는 스트랜드(strand)를 포함하되, 스트랜드는 제1 디지트 세그먼트의 제2 디지트 세그먼트 쪽으로의 이동에 대한 저항을 렌더링하며, 그 반대인 경우도 마찬가지인 제1 구성으로 도시되어 있다.
도 10b는 도 10a의 실시예에 따른 웨어러블 디바이스의 또 다른 개략도로서, 스트랜드는 제1 디지트 세그먼트의 제2 디지트 세그먼트 쪽으로의 이동에 대한 저항을 렌더링하지 않으며, 그 반대인 경우도 마찬가지인 제2 구성으로 도시되어 있다.
도 11a는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 디바이스의 개략도로서, 액추에이터는 웨어러블 디바이스의 외부로 연장되고, 복수의 스트랜드를 포함하되, 스트랜드는 이동에 대해 저항을 렌더링하는 제1 구성으로 도시되어 있다.
도 11b는 도 11a의 실시예에 따른 웨어러블 디바이스의 또 다른 개략도로서, 스트랜드는 이동에 대해 저항을 렌더링하지 않는 제2 구성으로 도시되어 있다.
도 12a는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 디바이스의 개략도로서, 액추에이터는 웨어러블 디바이스의 외부로 연장되고, 웨어러블 디바이스의 제1 디지트 세그먼트에 고정된 제1 단부 및 웨어러블 디바이스의 제2 디지트 세그먼트에 고정된 제2 대향 단부를 갖는 코일을 포함하되, 코일은 제1 디지트 세그먼트의 제2 디지트 세그먼트 쪽으로의 이동에 대한 저항을 렌더링하며, 그 반대인 경우도 마찬가지인 제1 구성으로 도시되어 있다.
도 12b는 도 12a의 실시예에 따른 웨어러블 디바이스의 또 다른 개략도로서, 코일은 제1 디지트 세그먼트의 제2 디지트 세그먼트 쪽으로의 이동에 대한 저항을 렌더링하지 않고, 그 반대인 경우도 마찬가지인 제 2 구성으로 도시되어 있다.
도 12c는 도 12a의 C-C 선을 따른 단면도이다.
도 13a는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 디바이스의 개략도로서, 액추에이터는 웨어러블 디바이스의 내부로 연장되고, 웨어러블 디바이스의 제1 디지트 세그먼트 및 웨어러블 디바이스의 제2 디지트 세그먼트에 부합하는 연장된 부재(elongated member)를 포함하되, 연장된 부재는 제1 디지트 세그먼트의 제2 디지트 세그먼트 쪽으로의 이동에 대한 저항을 렌더링하며, 그 반대인 경우도 마찬가지인 제1 구성으로 도시되어 있다.
도 13b는 도 13a의 실시예에 따른 웨어러블 디바이스의 또 다른 개략도로서, 연장된 부재는 제1 디지트 세그먼트의 제2 디지트 세그먼트 쪽으로의 이동에 대한 저항을 렌더링하지 않으며, 그 반대인 경우도 마찬가지인 제2 구성으로 도시되어 있다.
도 13c는도 도 13a의 C-C 선을 따른 단면도이다.
도 14a는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 디바이스의 개략도로서, 연장된 부재는 웨어러블 디바이스의 내부로 연장되고, 웨어러블 디바이스의 제1 디지트 세그먼트 및 웨어러블 디바이스의 제2 디지트 세그먼트에 부합하되, 연장된 연장된 부재는 복수의 내부 컴파트먼트(compartment)을 갖는 쉘(shell) 및 손의 관절에 인접하여 배치되도록 위치하는 내부 컴파트먼트에만 배치된 스마트 소재를 포함한다.
도 14b는 도 14a의 연장된 부재의 단면도로서, 보다 상세히 설명하기 위해, 연장된 부재는 웨어러블 디바이스로부터 제거된다.
도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 햅틱 효과를 제공하기 위한 웨어러블 디바이스의 개략도로서, 웨어러블 디바이스는 착용자의 손의 한 손가락의 손바닥 표면(ventral surface)에 부합하도록 구성된 제1 디지트 세그먼트, 착용자의 손의 엄지 손가락의 손바닥 표면에 부합하도록 구성된 제2 디지트 세그먼트, 및 제1 디지트 세그먼트와 제2 디지트 세그먼트 사이에 배치된 앵커(anchor)를 포함하되, 앵커는 손의 손득(dorsal) 쪽에서 손의 손바닥(ventral) 쪽으로 연장하도록 구성되어 있다.
도 16a는 도 15의 실시예에 따른 웨어러블 디바이스의 외부 표면의 개략도로서, 외부 표면은 착용자의 손의 피부로부터 이격되도록 구성되고, 외부 표면은 제1 디지트 세그먼트의 제2 디지트 세그먼트 쪽으로의 이동에 대한 저항을 렌더링하도록 구성되고, 그 반대도 마찬가지인 액추에이터를 포함한다.
도 16b는 도 15의 실시예에 따른 웨어러블 디바이스의 내부 표면의 개략도로서, 내부 표면은 착용자의 손의 피부와 접촉하도록 구성된다.
도 17은 가상 물체에 대응하는 실제 물체와의 사용자 상호 작용에 대한 동적 응답 감지, 및 실제 물체의 물리적 특성을 평가하고 본 발명의 실시예에 따른 웨어러블 디바이스로 가상 물체와의 가상 상호 작용을 나타내는 햅틱 효과를 제공하기 위해, 동적 응답을 사용하는 것을 도시하는 흐름도이다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 1의 웨어러블 디바이스의 개략도로서, 웨어러블 디바이스는 실제 물체에 근접한 것으로 도시되어 있으며, 웨어러블 디바이스는 실제 물체의 물리적 특성을 평가하기 위한 적어도 하나의 센서를 포함한다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 웨어러블 디바이스 및 제2 웨어러블 디바이스의 개략도로서, 제1 웨어러블 디바이스 및 제2 웨어러블 디바이스는 실제 물체에 근접한 것으로 도시되어 있으며, 제1 및 제2 웨어러블 디바이스 각각은 실제 물체의 물리적 특성을 평가하기 위한 적어도 하나의 센서를 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 햅틱 효과를 제공하기 위한 웨어러블 디바이스를 포함하는 시스템의 개략도로서, 시스템은 또한 호스트 컴퓨터를 포함한다.
도 2는 도 1의 시스템의 블록도이다.
도 3a는 도 1의 웨어러블 디바이스의 사시도로서, 웨어러블 디바이스는 착용자의 손의 일부분 상에 배치되며, 웨어러블 디바이스는 착용자의 손의 하나의 손가락에 부합하도록 구성된 제1 디지트 세그먼트(digit segment) 및 착용자의 손의 엄지 손가락에 부합하도록 구성된 제2 디지트 세그먼트를 포함한다.
도 3b는 도 1의 웨어러블 디바이스의 또 다른 사시도이다.
도 4a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 햅틱 효과를 제공하기 위한 웨어러블 디바이스의 사시도로서, 웨어러블 디바이스는 착용자의 손의 일부분 상에 배치되며, 웨어러블 디바이스는 착용자의 손의 제1 손가락에 부합하도록 구성된 제1 디지트 세그먼트, 착용자의 손의 엄지 손가락에 부합하도록 구성된 제2 디지트 세그먼트, 및 착용자의 손의 제3 손가락에 부합하도록 구성된 제3 디지트 세그먼트를 포함한다.
도 4b는 도 4a의 웨어러블 디바이스의 또 다른 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 디바이스로 가상 물체를 터칭하는 것과 관련된 가상 상호 작용을 나타내는 햅틱 효과를 제공하는 것을 도시한 흐름도이다.
도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 디바이스의 제1 디지트 세그먼트의 개략도로서, 액추에이터는 웨어러블 디바이스의 제1 디지트 세그먼트에 고정되고, 액추에이터는 제1 자석 및 제2 자석을 포함하되, 제1 자석 및 제2 자석은 서로 끌어 당기는 제1 구성으로 도시되어 있다.
도 6b는 도 6a의 실시예에 따른 제1 디지트 세그먼트의 또 다른 개략도로서, 제1 자석 및 제2 자석은 서로 반발하는 제2 구성으로 도시된다.
도 6c는 도 6a의 실시예의 대안에 따른 제1 디지트 세그먼트의 개략도로서, 제1 자석 및 제2 자석은 착용자의 손가락의 대향 측 상에 위치되도록 웨어러블 디바이스에 고정된다.
도 7a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 웨어러블 디바이스의 제1 디지트 세그먼트의 개략도로서, 액추에이터는 웨어러블 디바이스의 제1 디지트 세그먼트에 고정되고, 액추에이터는 명령 신호에 응답하여 변형 가능한 스마트 소재의 세그먼트를 포함하되, 스마트 소재의 세그먼트는 변형되지 않은 제1 구성으로 도시되어 있다.
도 7b는 도 7a의 실시예에 따른 제1 디지트 세그먼트의 또 다른 개략도로서, 스마트 소재의 세그먼트는 변형된 제2 구성으로 도시되어 있다.
도 7c는 도 7a의 실시예의 대안에 따른 제1 디지트 세그먼트의 개략도로서, 스마트 소재는 착용자의 손가락을 감싸도록 밴드 형태로 형상화된다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 디바이스로 가상 물체를 파지하는 것과 관련된 가상 상호 작용을 나타내는 햅틱 효과를 제공하는 것을 도시한 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 디바이스의 개략도로서, 액추에이터는 웨어러블 디바이스의 제1 디지트 세그먼트에 고정된 제1 자석 및 웨어러블 디바이스의 제2 디지트 세그먼트에 고정된 제2 자석을 포함하되, 제1 자석 및 제2 자석은 명령 신호에 응답하여 서로 반발하도록 구성되어 있다.
도 10a는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 디바이스의 개략도로서, 액추에이터는 웨어러블 디바이스의 외부로 연장되고, 웨어러블 디바이스의 제1 디지트 세그먼트에 고정된 제1 단부 및 웨어러블 디바이스의 제2 디지트 세그먼트에 고정된 제2 대향 단부를 갖는 스트랜드(strand)를 포함하되, 스트랜드는 제1 디지트 세그먼트의 제2 디지트 세그먼트 쪽으로의 이동에 대한 저항을 렌더링하며, 그 반대인 경우도 마찬가지인 제1 구성으로 도시되어 있다.
도 10b는 도 10a의 실시예에 따른 웨어러블 디바이스의 또 다른 개략도로서, 스트랜드는 제1 디지트 세그먼트의 제2 디지트 세그먼트 쪽으로의 이동에 대한 저항을 렌더링하지 않으며, 그 반대인 경우도 마찬가지인 제2 구성으로 도시되어 있다.
도 11a는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 디바이스의 개략도로서, 액추에이터는 웨어러블 디바이스의 외부로 연장되고, 복수의 스트랜드를 포함하되, 스트랜드는 이동에 대해 저항을 렌더링하는 제1 구성으로 도시되어 있다.
도 11b는 도 11a의 실시예에 따른 웨어러블 디바이스의 또 다른 개략도로서, 스트랜드는 이동에 대해 저항을 렌더링하지 않는 제2 구성으로 도시되어 있다.
도 12a는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 디바이스의 개략도로서, 액추에이터는 웨어러블 디바이스의 외부로 연장되고, 웨어러블 디바이스의 제1 디지트 세그먼트에 고정된 제1 단부 및 웨어러블 디바이스의 제2 디지트 세그먼트에 고정된 제2 대향 단부를 갖는 코일을 포함하되, 코일은 제1 디지트 세그먼트의 제2 디지트 세그먼트 쪽으로의 이동에 대한 저항을 렌더링하며, 그 반대인 경우도 마찬가지인 제1 구성으로 도시되어 있다.
도 12b는 도 12a의 실시예에 따른 웨어러블 디바이스의 또 다른 개략도로서, 코일은 제1 디지트 세그먼트의 제2 디지트 세그먼트 쪽으로의 이동에 대한 저항을 렌더링하지 않고, 그 반대인 경우도 마찬가지인 제 2 구성으로 도시되어 있다.
도 12c는 도 12a의 C-C 선을 따른 단면도이다.
도 13a는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 디바이스의 개략도로서, 액추에이터는 웨어러블 디바이스의 내부로 연장되고, 웨어러블 디바이스의 제1 디지트 세그먼트 및 웨어러블 디바이스의 제2 디지트 세그먼트에 부합하는 연장된 부재(elongated member)를 포함하되, 연장된 부재는 제1 디지트 세그먼트의 제2 디지트 세그먼트 쪽으로의 이동에 대한 저항을 렌더링하며, 그 반대인 경우도 마찬가지인 제1 구성으로 도시되어 있다.
도 13b는 도 13a의 실시예에 따른 웨어러블 디바이스의 또 다른 개략도로서, 연장된 부재는 제1 디지트 세그먼트의 제2 디지트 세그먼트 쪽으로의 이동에 대한 저항을 렌더링하지 않으며, 그 반대인 경우도 마찬가지인 제2 구성으로 도시되어 있다.
도 13c는도 도 13a의 C-C 선을 따른 단면도이다.
도 14a는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 디바이스의 개략도로서, 연장된 부재는 웨어러블 디바이스의 내부로 연장되고, 웨어러블 디바이스의 제1 디지트 세그먼트 및 웨어러블 디바이스의 제2 디지트 세그먼트에 부합하되, 연장된 연장된 부재는 복수의 내부 컴파트먼트(compartment)을 갖는 쉘(shell) 및 손의 관절에 인접하여 배치되도록 위치하는 내부 컴파트먼트에만 배치된 스마트 소재를 포함한다.
도 14b는 도 14a의 연장된 부재의 단면도로서, 보다 상세히 설명하기 위해, 연장된 부재는 웨어러블 디바이스로부터 제거된다.
도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 햅틱 효과를 제공하기 위한 웨어러블 디바이스의 개략도로서, 웨어러블 디바이스는 착용자의 손의 한 손가락의 손바닥 표면(ventral surface)에 부합하도록 구성된 제1 디지트 세그먼트, 착용자의 손의 엄지 손가락의 손바닥 표면에 부합하도록 구성된 제2 디지트 세그먼트, 및 제1 디지트 세그먼트와 제2 디지트 세그먼트 사이에 배치된 앵커(anchor)를 포함하되, 앵커는 손의 손득(dorsal) 쪽에서 손의 손바닥(ventral) 쪽으로 연장하도록 구성되어 있다.
도 16a는 도 15의 실시예에 따른 웨어러블 디바이스의 외부 표면의 개략도로서, 외부 표면은 착용자의 손의 피부로부터 이격되도록 구성되고, 외부 표면은 제1 디지트 세그먼트의 제2 디지트 세그먼트 쪽으로의 이동에 대한 저항을 렌더링하도록 구성되고, 그 반대도 마찬가지인 액추에이터를 포함한다.
도 16b는 도 15의 실시예에 따른 웨어러블 디바이스의 내부 표면의 개략도로서, 내부 표면은 착용자의 손의 피부와 접촉하도록 구성된다.
도 17은 가상 물체에 대응하는 실제 물체와의 사용자 상호 작용에 대한 동적 응답 감지, 및 실제 물체의 물리적 특성을 평가하고 본 발명의 실시예에 따른 웨어러블 디바이스로 가상 물체와의 가상 상호 작용을 나타내는 햅틱 효과를 제공하기 위해, 동적 응답을 사용하는 것을 도시하는 흐름도이다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 1의 웨어러블 디바이스의 개략도로서, 웨어러블 디바이스는 실제 물체에 근접한 것으로 도시되어 있으며, 웨어러블 디바이스는 실제 물체의 물리적 특성을 평가하기 위한 적어도 하나의 센서를 포함한다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 웨어러블 디바이스 및 제2 웨어러블 디바이스의 개략도로서, 제1 웨어러블 디바이스 및 제2 웨어러블 디바이스는 실제 물체에 근접한 것으로 도시되어 있으며, 제1 및 제2 웨어러블 디바이스 각각은 실제 물체의 물리적 특성을 평가하기 위한 적어도 하나의 센서를 포함한다.
이제부터 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예가 설명될 것이며, 여기에서 유사한 참조 번호는 동일하거나 기능적으로 유사한 요소를 나타낸다. 본 발명의 전술한 특징 및 이점 및 다른 특징 및 이점은 첨부된 도면에 도시된 본 발명의 실시예의 다음의 설명으로부터 자명해질 것이다. 본원에 포함되어 명세서의 일부를 형성하는 첨부 도면은 또한 본 발명의 원리를 설명하고 당해 기술 분야의 통상의 기술자가 본 발명을 달성하고 사용할 수 있도록 제공하는 것이다. 첨부 도면은 축적도가 아니다.
다음의 상세한 설명은 본질적으로는 단지 예시적이며, 본 발명 또는 본 발명의 응용 분야 및 용도를 제한하려는 것은 아니다. 또한, 선행 기술 분야, 배경, 요약 또는 다음의 상세한 설명에 기재된, 임의의 표현되거나 암시된 이론에 구속되려는제한 의도는 없다. 또한, 다음의 설명이 가상 현실(VR) 또는 증강 현실(AR) 환경에서 피드백을 수신하기 위한 웨어러블 디바이스에 집중되지만, 통상의 기술자는 본 설명이 다른 햅틱 피드백 디바이스 및 애플리케이션에 동일하게 적용된다는 사실을 인지할 것이다.
본 발명의 실시예는 가상 현실 또는 증강 현실 환경에서 가상 물체를 터칭 및/또는 파지하는 것과 관련된 햅틱 효과를 제공하기 위한 웨어러블 디바이스에 관한 것이다. 웨어러블 디바이스는 착용자의 손의 일부분 상에 착용되도록 구성된 웨어러블 하우징 및 웨어러블 하우징에 고정된 액추에이터를 포함한다. 가상 현실 또는 증강 현실 환경에서 가상 물체를 터칭하는 것과 관련된 햅틱 효과를 제공하기 위하여, 액추에이터는 가상 물체를 터칭하는 것과 관련된 가상 상호 작용을 나타내는 명령 신호를 수신하고, 명령 신호에 응답하여 손의 일부분 상에 힘을 제공한다. 따라서, 가상 물체를 터칭하는 것과 관련된 본 발명의 실시예에서, 본원에서 기술되는 액추에이터는, 예를 들면, 가상 물체를 터칭하는 감각(sensation)을 모의하기 위해 착용자의 손가락 끝에 힘을 제공한다. 액추에이터는, 본원에서 보다 상세하게 기술되는 바와 같이, 손의 일부분을 향한 힘을 기계적으로 안정화시키기 위하여 웨어러블 하우징을 사용한다. 가상 현실 또는 증강 현실 환경에서 가상 물체를 파지하는 것과 관련된 햅틱 효과를 제공하기 위하여, 액추에이터는 가상 물체를 파지하는 것과 관련된 가상 상호 작용을 나타내는 명령 신호를 수신하고, 명령 신호에 응답하여, 웨어러블 하우징의 디지트 세그먼트들 사이의 이동에 저항을 렌더링하도록 구성된다. 가상 물체를 파지하는 것과 관련된 실시예에서, 본원에서 기술되는 액추에이터는 가상 물체를 파지하는 감각을 모의하기 위하여 착용자의 손가락이 구부러지는 것을 방지하거나 방해한다. 또한, 진동 햅틱 효과와 같은 가상 현실 또는 증강 현실 상호 작용과 관련된 현재의 비-운동감각 효과(current non-kinesthetic effect)는 사용자가 그러한 햅틱 효과를 인지하기 위해서는 그의 손을 주변 장치에 위치시키는 것을 유지해야 하기 때문에 사용자의 피로를 유발할 수 있다. 본 발명의 실시예에서는, 가상 물체에 대한 운동감각 또는 촉감 햅틱 반응이 공중에 있는 웨어러블 디바이스 상에서 생성되므로 사용자의 피로가 방지 및/또는 감소된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 햅틱 효과를 제공하기 위한 웨어러블 디바이스(100)를 포함하는 시스템의 개략도이며, 시스템은 또한 키보드(104) 및 비주얼 디스플레이(visual display)(106)를 갖는 호스트 컴퓨터(102)를 포함한다. 도 2는 도 1의 시스템의 블록도이다. 호스트 컴퓨터(102)는 비주얼 디스플레이(106) 상에 가상 환경을 생성하도록 구성된다. 호스트 컴퓨터(102)는 사용자가, 이로 제한되는 것은 아니지만, 키보드(104)와 같은 주변 장치를 통해 상호 작용하는 하나 이상의 호스트 애플리케이션 프로그램을 실행하는 것이 바람직하다. 도 1에서는 데스크탑 컴퓨터로 도시되어 있지만, 본 발명에 따른 호스트 컴퓨터(102)는 게임 콘솔, 휴대용 게임 디바이스, 랩탑 컴퓨터, 스마트폰, 태블릿 컴퓨팅 디바이스, 텔레비전, 상호 작용형 표지판(interactive sign) 및/또는 명령 신호를 제공하도록 프로그래밍될 수 있는 다른 디바이스로 구성될 수 있다. 도 2의 블록도 상에 도시된 바와 같이, 호스트 컴퓨터(102)는 또한 호스트 프로세서(108), 메모리(110), 햅틱 통신 유닛(109) 및/또는 다른 구성요소들을 포함한다. 호스트 컴퓨터(102)는, 예를 들면, 사용자에게 오디오 피드백을 제공하기 위한 구성요소를 포함할 수 있다. 호스트 프로세서(108)는 본원에서 기술되는 방법을 수행하기 위해 하나 이상의 컴퓨터 프로그램 명령어에 의해 프로그래밍될 수 있다. 보다 특히, 호스트 프로세서(108)는 메모리(110) 또는 다른 컴퓨터 판독 가능 매체 또는 유형의 매체(tangible medium)에 저장된 소프트웨어 애플리케이션을 실행할 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 실제로 동작을 수행하기 위해 다양한 명령어들이 호스트 프로세서(108)에 프로그램을 만들 때, 편의상, 다양한 명령어들이 동작을 수행하는 것으로 기술될 수 있다. 다른 실시예에서, 호스트 프로세서(108)의 기능은 하드웨어(예를 들면, 애플리케이션 특정 집적회로(application specific integrated circuit)("ASIC"), 프로그래머블 게이트 어레이(programmable gate array)("PGA"), 필드 프로그래머블 게이트 어레이(field programmable gate array)("FPGA") 등의 사용을 통한)에 의해, 또는 하드웨어와 소프트웨어의 임의의 조합에 의해 수행될 수 있다. 호스트 프로세서(108)는 범용 프로세서의 임의의 유형일 수 있거나 햅틱 효과 신호를 제공하도록 특별히 설계된 프로세서일 수 있다. 호스트 프로세서(108)는 호스트 컴퓨터(102) 전체를 동작시키는 동일한 프로세서일 수도 있고 별도의 프로세서일 수도 있다. 호스트 프로세서(108)는 웨어러블 디바이스(100)에 어떤 햅틱 효과를 전송할 것인지와 어떤 순서로 햅틱 효과를 전송할 것인지를 결정할 수 있다. 메모리(110)는 임의 접근 메모리(random access memory)(RAM), 읽기 전용 메모리(read only memory)(ROM), 플래시 메모리, 및/또는 소프트웨어 명령어를 저장하기에 적합한 임의의 다른 메모리와 같은 저장 디바이스 또는 컴퓨터 판독 가능 매체의 임의의 유형일 수 있지만, 이들로 제한되는 것은 아니다. 메모리(110)는 호스트 프로세서(108)에 의해 조작될 수 있는 데이터와 호스트 프로세서(108)에 의해 실행될 컴퓨터 프로그램 명령어(예를 들면, 상술된 명령어들)을 저장할 수 있다.
호스트 컴퓨터(102)는 유선 또는 무선 수단을 통해 비주얼 디스플레이(106)에 연결된다. 비주얼 디스플레이(106)는 모니터, 텔레비전 스크린, 플라즈마, LCD, 프로젝터 또는 임의의 다른 디스플레이 디바이스를 포함하여 그래픽 정보를 사용자에게 제공하는 매체의 임의의 유형일 수 있지만, 이들로 제한되는 것은 아니다. 일 실시예에서, 당해 기술 분야에 알려진 바와 같이, 호스트 컴퓨터(102)는 게임 디바이스 콘솔이고 비주얼 디스플레이(106)는 게임 디바이스 콘솔에 연결된 모니터이다. 다른 실시예에서, 호스트 컴퓨터(102) 및 비주얼 디스플레이(106)는 단일 디바이스로 결합될 수 있다. 사용자는 비주얼 디스플레이(106) 상에 디스플레이된 가상 그래픽 물체를 활성화, 이동, 플립, 전진 또는 다른 종류로 조작하기 위하여, 키보드(104)를 터칭함으로써 비주얼 디스플레이(106)와 상호 작용하고, 호스트 컴퓨터(102)에 입력을 제공한다. 또한, 통상의 기술자가 이해할 수 있는 바와 같이, 사용자가 비주얼 디스플레이(106)와 상호 작용할 수 있도록 키보드(104)에 부수적으로 또는 대안으로서 대체 사용자 입력 요소(alternative user input element)가 허용될 수도 있다. 사용자 입력 요소는 버튼, 스위치, 다이얼, 레버, 터치스크린 등과 같은 사용자 입력을 수용하기에 적합한 임의의 요소를 포함할 수 있다. 사용자 입력 요소는 마우스, 조이스틱, 게임 컨트롤러, 키보드 등과 같은 주변 연결 디바이스(peripherally connected device)를 더 포함할 수 있다. 사용자 입력 요소의 이동은 호스트 컴퓨터(102)에 커서 또는 다른 이미지와 같은 컴퓨터 생성 그래픽 물체, 또는 비주얼 디스플레이(106)를 통해 호스트 컴퓨터(102)에 의해 디스플레이되는 일부의 다른 그래픽 물체의 이동에 대응하는 입력 또는 사람, 운송 수단, 또는 게임 또는 컴퓨터 시뮬레이션에서 확인될 수 있는 일부 다른 엔티티와 같은 가상 캐릭터 또는 게임 아바타를 제어를 제공할 수 있다.
호스트 컴퓨터(102)의 햅틱 통신 유닛(109)은 명령 신호를 호스트 프로세서(108)로부터 웨어러블 디바이스(100)와 관련된 액추에이터(120)로 송신하거나 또는 통신할 수 있는 임의의 유선 또는 무선 연결 디바이스를 포함할 수 있으며, 이들은 아래에서 더 상세하게 기술될 것이다. 일부 구현예에서, 햅틱 통신 유닛(109)은 명령 신호를 전달하기 위하여 단독으로 구성된 전용 유닛일 수 있다. 일부 구현예에서, 햅틱 통신 유닛(109)은 키보드(104), 휴대용 컨트롤러(도시하지 않음), 및/또는 다른 주변 디바이스와 같은 또 다른 외부 디바이스에 무수히 많은 다른 유선 또는 무선 통신을 전달하는 기능을 더 수행할 수 있다. 도 1 및 도 2에 도시된 실시예에서, 햅틱 통신 유닛(109)은 통상의 기술자에게 공지된 무선 통신 수단을 사용하여 웨어러블 디바이스(100)와 통신한다. 이러한 통신 수단으로는 블루투스(BLUETOOTH®)안테나, 와이-파이(WI-FI®)안테나, 셀룰러 안테나, 적외선 센서, 광학 센서, 및 무선으로 정보를 수신 및/또는 송신하도록 구성된 임의의 다른 디바이스를 포함할 수 있지만, 이들로 제한되는 것은 아니다. 또한, 호스트 컴퓨터(102)는 클라우드 내에 있을 수 있으며, 따라서 로컬 방식으로 유선 또는 무선으로 연결될 필요가 없다. 그러나, 다른 실시예에서, 웨어러블 디바이스(100)는 USB 포트, HDMI®포트, A/V 포트, 광케이블 포트, 및 유선 방식으로 정보를 수신하거나 전송하도록 구성된 임의의 다른 구성 요소 또는 디바이스와 같은 유선 통신 포트를 통하여 호스트 컴퓨터(102)와 통신할 수 있다.
도 2의 블록도에 나타낸 바와 같이, 웨어러블 디바이스(100)는 로컬 프로세서(112), 로컬 메모리(114), 적어도 하나의 액추에이터(120), 및 적어도 하나의 센서(115)를 포함할 수 있다. 센서(115)는 도 17 내지 도 19와 관한 본원에 보다 상세하게 기술되어 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 액추에이터(120)는 웨어러블 디바이스(100)와 함께 사용하기 위해 본원에서 기술된 액추에이터의 임의의 실시예를 일반적으로 지칭하는데 사용된다. 동작 시에, 로컬 프로세서(112)는 호스트 컴퓨터(102)로부터의 고 레벨(high level) 감독 명령 또는 스트리밍 명령에 기초하여 명령 신호를 제공하기 위해, 액추에이터(120)에 연결된다. 예를 들면, 동작할 경우, 크기(magnitude) 및 지속 시간이 호스트 컴퓨터(102)로부터 웨어러블 디바이스(100)로 스트리밍되며, 여기서 정보는 로컬 프로세서(112)를 통하여 액추에이터(120)에 제공된다. 호스트 컴퓨터(102)는 액추에이터(120)에 의해 출력될 햅틱 효과의 유형과 같은 고 레벨 명령을 로컬 프로세서(112)에 제공함으로써, 로컬 프로세서(112)는 출력될 햅틱 효과의 특정한 특성들(예를 들면, 햅틱 효과가 울퉁불퉁하거나, 부드럽거나, 단단하거나, 물컹물컹한 정도 등을 느낄 수 있을 정도의 크기, 주파수, 지속 기간 등)에 관하여 액추에이터(120)에 명령할 수 있다. 로컬 프로세서(112)는 연결된 로컬 메모리(114)로부터 햅틱 효과의 유형, 크기, 주파수, 지속 기간, 또는 다른 특성들을 검색할 수 있다. 또한, 호스트 컴퓨터(102)의 메모리(110)와 유사하게, 로컬 메모리(114)는 임의 접근 메모리(RAM) 또는 읽기 전용 메모리(ROM)와 같은 임의의 유형의 저장 디바이스 또는 컴퓨터 판독 가능 매체일 수 있지만, 이들로 제한되는 것은 아니다. 로컬 메모리(114)는 또한 로컬 프로세서(112)의 내부 또는 내부 및 외부 메모리의 임의의 조합에 위치될 수 있다. 호스트 프로세서(108)와 유사하게, 로컬 프로세서(112)는 어떤 햅틱 효과를 전송할 것인지와 어떤 순서로 햅틱 효과를 전송할 것인지를 결정할 수 있다. 시간 임계 프로세싱(Time critical processing)은 로컬 프로세서(112)에 의해 처리되는 것이 바람직하며, 따라서 로컬 프로세서(112)는 빠른 업데이트 속도(예를 들면, 5-10 kHz)로 폐루프 햅틱 피드백을 전달하는데 유용하다. 본 발명의 또 다른 실시예에서, 웨어러블 디바이스(100)는 로컬 프로세서(112)를 포함하지 않도록 구성됨으로써, 웨어러블 디바이스(100)로부터의 모든 입력/출력 신호가 호스트 컴퓨터(102)에 의해 직접 취급되고 처리된다.
도 3a 및 도 3b를 참조하여, 이제부터 웨어러블 디바이스(100)의 구조를 보다 상세하게 기술할 것이다. 웨어러블 디바이스(100)는 웨어러블 하우징(116)을 포함한다. 도 3a 및 도 3b에 도시되어 있는 바와 같이, 웨어러블 하우징(116)은 적어도 제1 디지트 세그먼트(118A) 및 제2 디지트 세그먼트(118B)를 포함한다. 도 3a 및 도 3b의 실시예에서, 각각의 제1 및 제2 디지트 세그먼트(118A, 118B)는 아래에서 기술되는 바와 같이, 폐쇄된 팁 단부를 갖는 관형 구성요소와 제1 및 제2 디지트 세그먼트(118A, 118B) 사이를 연결하고 연장하는 앵커(anchor)(122)에 배치되는 단부를 갖는다. 또한 아래에서 기술되는 바와 같이, 제1 및 제2 디지트 세그먼트(118A, 118B)는 각각 손의 손가락 및 엄지 손가락의 적어도 일부분을 둘러싸거나 감싸도록 구성된다. 또한, 도 3a 및 도 3b의 실시예에서, 제2 디지트 세그먼트(118B)는 손의 엄지 손가락에 부합하도록 구성되지만, 본 발명의 다른 실시예에서는 제2 디지트 세그먼트가 손의 또 다른 손가락과 부합할 수 있다. 그러나, 손바닥 위로 연장하는 베이스로부터 연장되는 5 개의 디지트 세그먼트를 가진 종래의 글러브와는 대조적으로, 웨어러블 하우징(116)은 거의 또는 전혀 수정하지 않고 대부분의 손의 형상 및 사이즈에 맞도록 구성되는데, 이는 앵커(122)가 특정 사이즈 또는 형상을 갖지 않고서도 착용자의 손의 웹(즉, 제1 및 제2 디지트 세그먼트(118A, 118B) 사이의 피부) 상에 놓여져 부합하기 때문이다. 달리 말하면, 앵커(122)는 상기 앵커(122)가 대부분의 손 형상 및 사이즈에 맞게 구성되는, 아래에서 보다 상세하게 기술되는, 조절 가능한 성질을 갖는다. 또한, 웨어러블 하우징(116)은 착용자의 손 위에 위치될 필요가 있는 2개의 디지트 세그먼트, 즉, 제1 및 제2 디지트 세그먼트(118A, 118B)만을 갖기 때문에, 웨어러블 하우징(116)은 착용자의 손에 용이하게 부착하고 용이하게 제거할 수 있는 단순한 디자인을 갖는제1제2다. 또한, 웨어러블 하우징(116)은 착용자가 운동감각 햅틱 피드백 상호 작용을 여전히 제공하면서 사용 도중에 상대적으로 억제되지 않은 방식으로 착용자가 그들의 물리적 세계와 상호 작용할 수 있도록, 종래의 글러브보다 눈에 드러나지 않도록 구성된다. 따라서, 하나의 실시예에서, 웨어러블 하우징(116)은 착용자의 손의 단지 2개의 디지트 상에서만 착용되도록 구성된다.
웨어러블 하우징(116)은 라이크라(LYCRA®), 면, 또는 피부가 호흡할 수 있도록 하는 유사 직물을 포함한 착용자의 손에 부합하고 부착하도록 구성되는 임의의 적합한 소재로 형성되지만, 이러한 소재로 제한되는 것은 아니다. 본원에서 사용되는 바와 같이, "부합하다(conform)"라는 용어는 웨어러블 하우징(116) 또는 웨어러블 하우징(116)의 적어도 일부분(즉, 웨어러블 하우징에 고정되는 액추에이터(120)를 포함하는 웨어러블 하우징의 일부분)이, 웨어러블 하우징(116)이 웨어러블 하우징(116)에 인접한 착용자의 피부와 일정하고 밀착된 접촉을 유지하도록 착용자의 기초적인 해부학적 구조와 동일한 형상, 윤곽, 또는 외형을 나타내는 것을 의미한다. 달리 말하면, 웨어러블 하우징(116) 또는 웨어러블 하우징(116)의 적어도 일부분(즉, 웨어러블 하우징 에 고정되는 액추에이터(120)를 포함하는 웨어러블 하우징의 일부분)은 착용자의 손가락 및/또는 엄지 손가락과 일정하고 밀접하게 접촉하도록 꼭 맞는다. 이러한 부합성은 액추에이터(120)에 의해 렌더링되는 촉감 햅틱 효과가 착용자에 의해 감지되거나 느껴지도록 하기 위해 요구된다. 웨어러블 하우징(116)은 웨어러블 디바이스(100)의 내부를 형성하는 내부 표면(130) 및 웨어러블 디바이스(100)의 외부를 형성하는 외부 표면(132)을 포함한다. 내부 표면(130)은 착용자의 피부와 접촉하여 착용자의 피부에 부합하도록 구성된다. 일 실시예에서, 내부 표면(130)은, 내부 표면(130)에 점착성을 제공하고 웨어러블 하우징(116)과 착용자의 피부 사이에서 비교적 높은 마찰력을 보장하기 위하여 실리콘 폴리머와 같은 탄성 폴리머 소재의 층을 포함할 수 있지만, 이들 소재로 제한되는 것은 아니다. 일부 구현예에서, 웨어러블 하우징(116)은 내부 표면(130) 및 외부 표면(132)을 갖는 단일 소재 층이다. 그러나, 일부 구현예에서, 웨어러블 하우징(116)은 2개의 소재 층으로, 내부 표면(130)은 내부 소재 층의 내부 표면으로부터 형성되며 외부 표면(132)은 외부 소재 층의 외부 표면으로부터 형성된다. 내부 소재 층은 라이너(liner)로 간주될 수 있다.
웨어러블 하우징(116)은 앵커(122)를 더 포함한다. 앵커(122)는 제1 디지트 세그먼트(118A)와 제2 디지트 세그먼트(118B) 사이에서 연장하도록 배치된다. 앵커(122)는, 앵커(122)가 도 3a 및 도 3b에 집합적으로 나타내 있는 바와 같이 손등 쪽(dorsal side)에서 손바닥손바닥 쪽(ventral side)으로 연장하도록 구성되는 손바닥 플랩(122A) 및 손등 플랩(122B)을 구비한 새들 형상(saddle-shaped)이다. 보다 구체적으로는, 손바닥 플랩(122A)은 도 3a에 도시되어 있는 바와 같이 착용자의 손의 손바닥 표면의 일부분 상에 배치되도록 구성되고 손등 플랩(122B)은 도 3b에 도시되어 있는 바와 같이 착용자의 손의 손등 표면의 일부분 상에 배치되도록 구성되며, 플랩 배치의 조절 가능한 성질은 거의 또는 전혀 수정하지 않고 대부분의 손 형상 및 크기에 맞도록 구성된다. 도 3a 및 도 3b의 실시예에서, 각각의 손바닥 및 손등 플랩(122A, 122B)은 웨어러블 하우징(116)의 임의의 다른 부분에 연결되지 않은 자유 단부 또는 에지를 갖는다. 앵커(122)는 착용자의 손에 대해 웨어러블 하우징(116)을 기계적으로 안정화시키는 기능을 한다. 본원에서 사용되는 "기계적으로 안정화하다"라는 용어는 웨어러블 하우징(116) 또는 웨어러블 하우징(116)의 적어도 일부분(즉, 앵커(122))이 착용자의 한 지점(즉, 착용자의 손)에 대해 실질적으로 고정되어 움직이지 않는다는 것을 의미한다. 이러한 기계적 안정화는 액추에이터(120)에 의해 제공되는 촉감 햅틱 효과가 착용자에 의해 감지되거나 느껴지도록 하기 위하여 요구된다. 앵커(122)는 착용자의 손에 부합함으로써 손에 대해 웨어러블 하우징(116)을 기계적으로 안정화시킨다. 보다 구체적으로는, 앵커(122)는, 제1 디지트 세그먼트(118A)와 제2 디지트 세그먼트(118B) 사이에서 연장하는 착용자의 피부에 부합하거나, 손의 손등 쪽을 따라 착용자의 피부에 부합하거나, 손의 손바닥 쪽을 따라 착용자의 피부에 부합하거나, 또는 이들 방법의 조합을 통하여 착용자의 손에 대해 웨어러블 하우징(116)을 기계적으로 안정화시킨다. 일 실시예에서, 앵커(122)의 손바닥 및 손등 플랩(122A, 122B)은 손바닥 및 손등 플랩(122A, 122B)이 착용자의 손 쪽으로 편향하도록 그 안에 매설된 스프링 소재를 포함할 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 웨어러블 하우징(416)을 갖는 웨어러블 디바이스(400)의 다른 실시예를 도시한 것이다. 웨어러블 하우징(416)은 적어도 제1 디지트 세그먼트(418A), 제2 디지트 세그먼트(418B) 및 제 3 디지트 세그먼트(418C)를 포함한다. 도 4a 및 도 4b의 실시예에서, 각각의 제1, 제2 및 제 3 디지트 세그먼트(418A, 418B, 418C)는 손의 손가락 또는 엄지 손가락의 적어도 일부분을 둘러싸거나 감싸도록 구성된 관형 구성 요소이다. 도 4a 및 도 4b의 실시예에서, 제 3 디지트 세그먼트(418C)는 손의 중지 손가락을 둘러싸고 부합하도록 구성되지만, 본 발명의 다른 실시예에서는 제 3 디지트 세그먼트가 손의 다른 손가락과 부합할 수 있다. 제 3 디지트 세그먼트(418C)의 추가는 햅틱 피드백을 제공하기 위한 액추에이터를 위한 추가적인 위치를 제공한다. 또한, 웨어러블 하우징(416)이 전술한 앵커(122)와 유사한 앵커(422)를 포함하지만, 제 3 디지트 세그먼트(418C)는 앵커(422)가 착용자의 손에 대해 웨어러블 하우징(416)을 기계적으로 안정화시키는데 도움을 줄 수 있다. 따라서, 이러한 실시예에서, 웨어러블 하우징(416)은 착용자의 손의 3 디지트 이하에 착용되도록 구성된다. 웨어러블 하우징(416)이 총 3개의 디지트 세그먼트를 갖는 것으로 도시되어 있지만, 추가적인 실시예는 종래의 글러브와 유사한 총 5개의 디지트 세그먼트를 갖는 웨어러블 하우징과 총 4개의 디지트 세그먼트를 갖는 웨어러블 하우징을 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.
다시 도 2를 참조하면, 웨어러블 디바이스(100)는 적어도 하나의 액추에이터(120)를 더 포함한다. 액추에이터(120)는 가상 상호 작용을 나타내는 호스트 프로세서(108) 및/또는 로컬 프로세서(112)로부터 명령 신호를 수신하도록 구성된다. 명령 신호에 응답하여, 액추에이터(120)는, 액추에이터(120)의 특정 실시예에 대해 본원에서 보다 상세하게 기술되는 바와 같이, 가상 물체의 터칭 또는 파지를 모의하도록 힘을 제공한다. 따라서, 시스템과 상호 작용하는 사용자, 예를 들면, 가상 현실 시스템, 증강 현실 시스템 또는 종래의 디스플레이 시스템은 몰입 경험을 향상시키기 위하여 웨어러블 디바이스(100)를 착용할 수 있다. 액추에이터(120)를 통하여, 웨어러블 디바이스(100)는 착용자에게 역각 피드백(tactile force feedback)을 제공하도록 구성되어, 가상 물체를 파지하는 것을 모의하기 위하여 웨어러블 디바이스(100)의 안쪽으로 손을 구부리기 어렵게 하는 저항을 제공하며, 및/또는 가상 물체를 터칭하는 것을 모의하기 위하여 웨어러블 디바이스(100)의 안쪽으로 손에 힘을 렌더링한다. 웨어러블 디바이스(100)는 적어도 하나의 액추에이터(120)로 구성되며, 액추에이터(120)의 위치는 햅틱 피드백을 위한 손의 표적 영역에 따라 달라진다. 특정 실시예에 따르면, 액추에이터(120)는, 액추에이터(120)가 착용자의 디지트의 하나 이상의 팁, 착용자의 디지트의 하나 이상의 관절, 착용자의 엄지 손가락의 볼, 착용자의 손의 웹, 및/또는 착용자의 손바닥과 접촉하도록 웨어러블 하우징(116) 상에 위치될 수 있다.
도 5는 본 발명에 따라, 가상 물체를 터칭하는 것과 관련된 가상 상호 작용을 나타내는 햅틱 효과를 제공하는 프로세스(501)를 나타내는 흐름도이다. 예를 들면, 웨어러블 디바이스(100)는 액추에이터(120)를 통해 가상 물체를 터칭하는 것을 모의하도록 웨어러블 디바이스(100) 안쪽에 배치되는 착용자의 손의 적어도 일부분에 힘을 제공함으로써 착용자에게 역각 피드백을 제공하도록 구성된다. 가상 물체를 터칭하는 것을 모의할 때, 액추에이터(120)는, 단계 524로 나타낸 바와 같이, 손가락 끝, 엄지 손가락 또는 손의 다른 부분에서 착용자의 피부 상에 또는 피부를 향해 적어도 하나의 압력점(pressure point)을 생성하도록 구성되고 웨어러블 하우징(116) 상에 위치된다. 액추에이터(120)의 작동은, 단계 526로 나타낸 바와 같이, 가상 현실 환경 또는 증강 현실 환경과 같은 모의 환경에서의 적어도 하나의 가상 충돌(virtual collision) 또는 사용자 입력 상호 작용에 응답하여 트리거되거나 적용된다. 보다 구체적으로는, 호스트 컴퓨터(102)의 호스트 프로세서(108) 및/또는 웨어러블 디바이스(100)의 로컬 프로세서(112)는 적어도 하나의 가상 충돌 또는 사용자 입력 상호 작용에 응답하여 명령 신호를 액추에이터(120)에 출력하도록 구성된다. 액추에이터(120)는 호스트 프로세서(108) 및/또는 웨어러블 디바이스(100)의 로컬 프로세서(112)로부터 신호를 수신하는 회로를 포함한다. 또한, 액추에이터(120)는 프로세서(들)로부터의 명령 신호를 액추에이터(120)에서 사용하기에 적절한 신호로 변환하는데 필요한 임의의 회로를 포함할 수도 있다. 액추에이터(120)는 웨어러블 디바이스(100)의 착용자에게 햅틱 피드백을 제공하기 위해 명령 신호에 응답하여 손의 대응 부분 상에 힘을 제공한다. 이러한 햅틱 피드백은 웨어러블 디바이스(100)의 착용자에게 보다 직관적이고, 매력적이고, 자연스러운 경험을 가능하게 한다. 가상 물체를 터칭하는 것을 모의할 때, 액추에이터(120)에 의해 착용자의 피부를 향해 렌더링되는 역각은 단계 528에 도시되어 있는 바와 같이 적어도 하나의 압력점에서 착용자의 피부 상에 압력을 생성한다. 이러한 역각은 전술한 바와 같이 웨어러블 하우징(116)이 기계적으로 안정화되기 때문에 착용자에 의해 느껴지거나 인지될 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, "압력점(pressure point)"이라는 용어는 액추에이터(120)에 의해 렌더링되는 역각을 수용하는 착용자의 피부 상의 일부분 또는 영역을 지칭한다.
도 6a 및 도 6b에 도시되어 있는 실시예에서, 웨어러블 디바이스(600)는 웨어러블 하우징(116) 및 액추에이터(620)를 포함한다. 이러한 실시예에서, 웨어러블 하우징(116)은 소재의 내부 층(631)의 내부 표면으로부터 형성되는 내부 표면(130) 및 소재의 외부 층(633)의 외부 표면으로부터 형성되는 외부 표면(132)을 가진 소재의 2개의 층을 포함한다. 소재의 내부 층(631)은 본원에서는 라이너(631)로도 지칭될 것이다. 액추에이터(620)는 가상 물체를 터칭하는 것을 모의하도록 구성되며, 제1 자석(634) 및 제2 자석(636)을 포함한다. 액추에이터(620)는 제1 디지트 세그먼트(118A)에 고정된다. 이러한 실시예에서, 제1 자석(634)은 라이너(631)의 외부 표면에 고정되며, 제2 자석 (636)은 웨어러블 하우징(116)의 외부 층(633)의 내부 표면에 고정된다. 도 6a에서, 제1 및 제2 자석(634, 636)은, 그들이 반대 극성이고 따라서 서로 끌어당기는 제1 구성으로 도시되어 있고, 그것에 의해 가상 물체를 터칭하는 것을 모의한다. 제1 및 제2 자석(634, 636)이 서로 끌어당길 때, 제1 및 제2 자석(634, 636) 사이의 접촉으로 인한 클릭은 착용자에 의해 인지된다. 도 6b에서, 제1 및 제2 자석(634, 636)은, 그들이 동일한 극성이고 따라서 서로 반발하는 제2 구성으로 도시되어 있고, 그것에 의해 가상 물체를 터칭하지 않는 것을 모의한다. 제1 및 제2 자석(634, 636)이 서로 반발할 때, 제1 및 제2 자석(634, 636)은 이격된다. 또한, 액추에이터(620)는 착용자에 의해 인지되는 햅틱 효과를 생성하기 위해 제1 및 제2 자석(634, 636)이 전술한 제1 및 제2 구성 사이에서 전이되는 진동 모드(oscillation mode)로 구동될 수 있다. 달리 말하면, 제1 및 제2 자석(634, 636)의 이동이 웨어러블 하우징(116)을 통해 촉감적으로 인지 가능한 햅틱 효과이다.
가상 물체를 터칭하는 것을 모의하도록 전술한 바와 같이 서로 선택적으로 끌어당기거나 반발하기 위해, 제1 자석(634) 및 제2 자석(636) 중 적어도 하나는 전자석이다. 예시 목적을 위해, 제1 자석(634)은 본원에서 양의 극성을 갖는 종래의 자석으로 설명되고, 제2 자석(636)은 본 원에서 전자석(이하, 전자석(636)이라 함)으로 설명된다. 그러나, 제2 자석(636)이 종래의 자석일 때, 제1 자석(634)이 전자석일 수 있음은 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 또한, 제1 및 제2 자석(634, 636)은 둘 다 전자석일 수 있다. 전자석(636)은 당해 기술 분야에 알려진 같이 비교적 편평한 구조로 배열된 와이어 코일로 구성되며, 전류의 인가를 통해 활성화될 때 자기장을 생성하도록 구성된다. 또한, 이러한 실시예에서, 전자석(636)의 극성은 인가된 전류의 방향을 제어함으로써 스위칭 또는 변경될 수 있다. 따라서, 제1 방향으로 전류가 인가되면, 전자석(636)과 제1 자석(634)이 도 6a에 나타낸 바와 같이 서로 끌어당겨지도록, 전자석(636)은 음의 극성을 갖도록 구성된다. 역으로, 전류가 제2 또는 반대 방향으로 인가되면, 전자석(636)과 제1 자석(634)이 도 6b에 나타낸 바와 같이 서로 반발하도록, 전자석(636)은 양의 극성을 가지도록 구성된다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 제1 및 제2 자석(634, 636)은 둘다 프로그래머블 자석(programmable magnet)일 수 있다. 프로그래머블 자석은, 단일 극성 및 강도를 갖는 종래의 자석과는 반대로, 단일 기판 상에 다양한 강도 및 극성의 복수의 자기 요소를 포함한다. 한 쌍의 프로그래머블 자석이 그 위에 있는 자기 요소가 서로 대향하거나 마주보도록 서로 대향하거나 마주보는 경우, 대응하는 대향 자기 요소들은 원하는 거동에 달성하도록 설계된 미리 프로그램된 상관 패턴을 형성한다. 프로그래머블 거동(programmable behavior)은 사이즈, 위치, 방향 및 포화도(saturation)가 다양한 다수의 자기 요소를 포함하는 다중극 구조(multipole structure)를 생성함으로써 달성된다. 따라서, 프로그래머블 자석은 각 개별적인 자기 요소의 자기 강도 및 극성이, 원하는 거동을 달성하도록 설계되거나 선택된다는 점에서 프로그램 가능하다. 그러나, 프로그래머블 자석이 다양한 강도 및 극성의 복수의 자기 요소로 형성된 후에, 자석의 프로그램 가능한 양태 또는 성질은 완전하며, 따라서 프로그래머블 자석은 "일회성" 프로그래머블 자석으로 간주될 수 있다. 프로그래머블 자석은 앨라배마부 헌츠빌의 상관 자석 연구소 (Correlated Magnetics Research LLC of Huntsville, AL)로부터 상업적으로 구할 수 있다. 제1 및 제2 자석(634, 636)은 프로그램된 힘 또는 강도로 동시에 서로 끌어당기고 반발하도록 프로그램화될 수 있다. 상이한 자석 요소가 자석의 다른 부분에서 상이한 강도 및 극 방향을 갖도록 프로그램화함으로써, 제1 및 제2 자석(634, 636)은 도 6b의 구성에서 서로에 대해 공중에 뜨게 된다. 달리 말하면, 제1 및 제2 자석(634, 636)은 공칭 구성(nominal configuration)에서 서로로부터 제어되거나 프로그램된 이격 거리를 부상하거나 떠오르도록 프로그램화될 수 있다. 가상 물체를 터칭하는 것을 모의하기 위해 전술한 바와 같이 서로 선택적으로 끌어 당기거나 반발하기 위해, 프로그래머블 자석들 중 적어도 하나는 프로그래머블 전자석이다.
도 6c는 웨어러블 하우징(116) 및 액추에이터 (620C)를 포함하는 웨어러블 디바이스(600C)의 다른 실시예를 도시한다. 이러한 실시예에서, 웨어러블 하우징(116)은 내부 표면(130) 및 외부 표면(132)을 갖는 단일 소재 층이다 (즉, 라이너(631)는 필요하지 않음). 제1 자석(634C) 및 제2 자석(636C)은 웨어러블 하우징(116)의 내부 표면(130)에 고정된다. 본 발명의 또 다른 실시예에서, 제1 자석(634C) 및/또는 제2 자석(636C)은 웨어러블 하우징(116)의 외부 표면(132)에 고정될 수 있다. 제1 자석(634C)은 착용자의 손가락의 손등 쪽과 접촉하도록 구성된 제1 디지트 세그먼트(118A)의 제1 면에 고정되고, 제2 자석(636C)은 착용자의 손가락의 내면 측과 접촉하도록 구성된 제1 디지트 세그먼트(118A)의 제2면에 고정된다. 제1 및 제2 자석(634C, 636C)이 반대 극성이어서 서로 끌어당기면, 가상 물체에 터칭하는 것을 모의하기 위해, 제1 및 제2 자석(634C, 636C)은 본질적으로 착용자의 손가락을 압박한다. 제1 및 제2 자석(634C, 636C)이 동일한 극성을 가져서 서로 반발하면, 가상 물체에 터칭하는 것을 모의하지 않기 위해, 제1 및 제2 자석(634C, 636C)은 착용자의 손가락을 압박하지 않는다.
도 7a 및 도 7b에 설명된 또 다른 실시예에서, 웨어러블 디바이스(700)는 웨어러블 하우징(116) 및 가상 물제를 터칭하는 것을 모의하도록 구성된 액추에이터(720)를 포함한다. 이러한 실시예에서, 웨어러블 하우징(116)은 내부 표면(130) 및 외부 표면(132)을 갖는 단일 소재 층이다. 액추에이터(720)는 웨어러블 하우징(116)의 제1 디지트 세그먼트(118A)에 고정된다. 액추에이터(720)는 웨어러블 하우징(116)의 내부 표면(130)에 고정된다. 본 발명의 또 다른 실시예에서, 액추에이터(720)는 웨어러블 하우징(116)의 외부 표면(132)에 고정될 수 있다. 액추에이터(720)는 호스트 프로세서(108) 및/또는 로컬 프로세서(112)로부터의 명령 신호에 응답하여 변형 가능한 스마트 소재의 세그먼트(737)이다. 도 7a에서, 세그먼트(737)는 스마트 소재의 세그먼트가 변형되지 않아 가상 물체를 터칭하지 않는 것을 모의하는 제1 구성으로 나타낸다. 도 7b에서, 세그먼트(737)는 스마트 소재의 세그먼트가 둥근 모양(arc)으로 변형되거나 웨어러블 하우징(116)으로부터 바깥쪽으로 이동하여 가상 물체에 터칭하는 것을 모의하는 제2 구성으로 나타낸다. 스마트 소재는 전하 또는 전기장이 가해지면 사이즈, 형상 또는 강성에서의 변화를 나타내는 특성을 가진다. 달리 말하면, 스마트 소재는 전하가 그들에 가해질 때 기계적 변형을 나타내도록 구성될 수 있다. 세그먼트(737)의 대향 단부(opposing end)는 접착제를 통해 결합되거나 그렇지 않으면 웨어러블 하우징(116)의 내부 표면(130)에 연결된다. 이러한 실시예에서, 세그먼트(737)는 웨어러블 하우징(116)의 내부 표면(130)에 고정되고, 변형될 때 세그먼트(737)가 착용자의 손가락의 손바닥 쪽과 접촉하도록 배치된다. 본 발명의 실시예에서, 세그먼트(737)의 스마트 소재는 압전 소재, 매크로 섬유 복합(macro fiber composite, MFC) 소재, 전기 활성 폴리머(electroactive polymer, EAP) 또는 앞서 열거한 것들과 유사한 소재로부터 형성된다. 전하가 세그먼트(737)에 인가되면, 세그먼트(737)는 착용자의 피부에 힘이 가해지도록 착용자의 손가락을 향해 도 7b에 나타낸 바와 같이 변형되고 굴곡된다. 스마트 소재는 매우 얇고 작게 만들 수 있어 웨어러블 디바이스(100)에서 이들의 사용을 가능하게 한다.
액추에이터(720)에 전하를 인가하기 위해, 호스트 프로세서(108) 및/또는 로컬 프로세서(112)는 세그먼트(737)를 변형시켜 착용자에게 햅틱 피드백 또는 효과를 생성하기 위해 원하는 힘을 발휘하도록 하는 전기 신호를 세그먼트(737)에 제공하는 제어 하드웨어 및 소프트웨어를 포함한다. 보다 구체적으로, 전원(도시하지 않음)은 세그먼트(737)에 전하를 공급한다. 전원은 웨어러블 디바이스(100) 또는 호스트 컴퓨터(102) 내에 위치될 수 있다. 예를 들어, 전원은 웨어러블 디바이스(700)의 웨어러블 하우징(116)에 일체화된 유연하고 얇은 배터리일 수 있다. 호스트 프로세서(108) 및/또는 로컬 프로세서(112)는 전원을 제어하여 인가된 전하의 크기 및 주파수를 결정한다. 따라서, 전원은 호스트 프로세서(108) 및/또는 로컬 프로세서(112)로부터 명령 신호를 수신하도록 구성되고, 명령 신호에 따라 세그먼트(737)에 전하를 인가하도록 구성된다. 세그먼트(737)는 전원으로부터 인가된 전하에 응답하여 변형되거나 굴곡한다. 세그먼트(737)에 의해 인가되는 햅틱 효과는 착용자에 의해 느껴지는 변형 햅틱 효과로 간주될 수 있다. 가상 물체를 터칭하는 것을 모의하는 변형 햅틱 효과의 예로는 단일의 비교적 큰 변형, 고속 충격 또는 충돌, 경질 표면 텍스처(hard surface texture) 또는 고속 이동 물체가 포함된다. 변형 햅틱 효과의 추가적인 예로는, 예를 들어, 가상 현실 환경에서의 빗방울, 연질(soft) 표면 텍스처 또는 손 안에서 천천히 움직이는 가상 물체 등과 같은 부드러운 충격을 가상으로 터칭하는 것을 모의할 수 있는, 다수의 비교적 작은 변형을 포함할 수 있다.
도 7c는 웨어러블 하우징(116) 및 액추에이터(720C)를 포함하는 웨어러블 디바이스(700C)의 또 다른 실시예를 도시한다. 이러한 실시예에서, 액추에이터(720C)는 환형(annular) 밴드(737C)가 착용자의 손가락을 에워싸거나 감싸도록 웨어러블 하우징(116)의 제1 디지트 세그먼트(118A)에 고정되는 고리형 또는 환형 밴드(737C)이다. 환형 밴드(737C)가 변형되면, 가상 물체를 터칭하는 것 또는 사용자가 터칭하는 가상의 캐릭터/아바타를 모의하기 위해 착용자의 손가락을 본질적으로 압박한다.
도 8은 본 발명에 따른 웨어러블 디바이스로 가상 물체를 파지하는 것과 관련된 가상 상호 작용을 나타내는 햅틱 효과를 제공하는 프로세스(801)를 나타내는 흐름도이다. 웨어러블 디바이스(100)는 액추에이터(120)를 통해, 착용자에게 역각 피드백을 제공하도록 구성되고, 착용자가 웨어러블 디바이스(100)의 내부에 배치된 손을 구부리는 것을 어렵게 하는 저항력을 제공함으로써, 그것에 의해 가상 물체를 파지하는 것을 모의한다. 가상 물체를 파지하는 것을 모의할 때, 액추에이터(120)는 단계 838에 나타낸 바와 같이 손가락 끝, 엄지 또는 다른 손 부분에서 착용자의 피부 상에 또는 착용자의 피부를 향해 적어도 2 개의 압력점을 생성하도록 구성되고 웨어러블 하우징(116) 상에 배치된다. 액추에이터(120)의 이러한 작동은 단계 840에 나타낸 바와 같이 가상 현실 환경 또는 증강 현실 환경과 같은 모의 환경에서 가상 물체를 파지하는 것에 응답하여 트리거되거나 인가된다. 액추에이터(120)는 파지된 가상 물체의 사이즈, 형상 또는 컴플라이언스(compliance)/강성과 같은 파지된 가상 물체의 촉감 특성을 나타내는 착용자의 피부 쪽으로 압력을 제공한다. 보다 구체적으로, 호스트 컴퓨터(102)의 호스트 프로세서(108) 및/또는 웨어러블 디바이스(100)의 로컬 프로세서(112)는 가상 현실 또는 증강 현실 환경에서 가상 물체를 파지하는 것에 응답하여 액추에이터(120)에 명령 신호를 출력하도록 구성된다. 액추에이터(120)는 호스트 프로세서(108) 및/또는 웨어러블 디바이스(100)의 로컬 프로세서(112)로부터 신호를 수신하는 회로를 포함한다. 또한 액추에이터(120)는 프로세서(들)로부터의 명령 신호를 액추에이터(120)에서 사용하기에 적절한 신호로 변환하는데 필요한 임의의 회로를 포함할 수 있다. 액추에이터(120)는 웨어러블 디바이스(100)의 착용자에게 햅틱 피드백을 제공하기 위하여 명령 신호에 응답하여 손의 일부분에 힘을 제공한다. 이러한 햅틱 피드백은 웨어러블 디바이스(100)의 착용자에게 보다 직관적이고, 매력적이고, 자연스러운 경험을 가능하게 한다. 가상 물체를 파지하는 것을 모의할 때, 착용자의 피부를 향해 액추에이터(120)에 의해 렌더링된 촉감 또는 운동감각 힘(kinesthetic force)은 단계 842에 나타낸 바와 같은 적어도 2개의 압력점에서 착용자의 피부에 압력을 생성한다. 이러한 촉감 또는 운동감각 힘은 웨어러블 하우징(116)이 전술한 바와 같이 기계적으로 안정화된다는 사실로 인해 착용자에 의해 인지되거나 느껴질 수 있다.
도 9에 나타낸 실시예에서, 웨어러블 디바이스(900)는 웨어러블 하우징(116) 및 액추에이터(920)를 포함한다. 액추에이터(920)는 가상 물체를 파지하는 것을 모의하도록 구성되며, 제1 자석(944) 및 제2 자석(946)을 포함한다. 이러한 실시예에서, 제1 자석(944)은 웨어러블 하우징(116)의 제1 디지트 세그먼트(118A)에 고정되고, 제2 자석(946)은 웨어러블 하우징(116)의 제2 디지트 세그먼트 (118B)에 고정된다. 도 9에서, 제1 및 제2 자석(944, 946)은 이들이 동일한 극성이어서 서로 반발하는 제1 구성으로 도시되어 있고, 그것에 의해 가상 물체를 파지하는 것을 모의한다. 착용자가 손가락이나 엄지 손가락을 구부리거나 또는 손가락과 엄지를 서로를 향해 움직일 때, 제1 및 제2 자석(944, 946) 사이의 자력이 뒤로 밀려서, 제1 및 제2 자석(944, 946)에 인접하여 배치된 착용자의 손가락 끝에 압력을 유발한다. 제1 및 제2 자석(944, 946)은 둘 다 양전하로 도시되어 있지만, 자석은 양자 모두가 음으로 대전되어 마찬가지로 서로 반발할 수 있다는 것은 통상의 기술자에게 명백할 것이다.
가상 물체를 파지하는 것을 모의하기 위해, 전술한 바와 같이 서로 선택적으로 반발하기 위해, 제1 자석(944) 및 제2 자석(946) 중 적어도 하나는 전자석이다. 예시 목적을 위해, 제1 자석(944)은 본 명세서에서는 양의 극성을 갖는 종래의 자석으로 설명되고, 제2 자석(946)은 본원에서 전자석(이하, 전자석(946)이라 칭함)으로 설명된다. 그러나, 통상의 기술자에게는 제2 자석(946)은 종래의 자석일 때, 제1 자석(944)이 전자석일 수 있음이 명백할 것이다. 또한, 제1 및 제2 자석(944, 946)은 둘다 전자석일 수 있다. 전자석(946)은 당해 기술 분야에 알려진 바와 같이 비교적 편평한 구조로 배열된 와이어 코일로 구성되며, 전류의 인가를 통해 활성화될 때 자기장을 발생하도록 구성된다. 따라서, 현재 예시에서 전류가 인가될 때, 전자석(946)과 제1 자석(944)이 도 9에 나타낸 바와 같이 서로 반발하도록, 전자석(946)은 양의 극성을 가지도록 구성된다. 전자석(946)이 활성화되면, 액추에이터(920)는 명령 신호에 응답하여 제1 디지트 세그먼트(118A)의 제2 디지트 세그먼트(118B)쪽으로의 이동에 대한 저항을 렌더링하며, 그 반대인 경우도 마찬가지이다. 제1 및 제2 디지트 세그먼트(118A, 118B) 간의 상대 이동에 대한 저항은 본질적으로 제1 및 제2 디지트 세그먼트(118A, 118B)의 각각에 배치된 착용자의 손가락 각각의 굽힘에 대한 저항이며, 그것에 의해 가상 물체의 파지를 모의한다. 예를 들어, 착용자가 가상 현실 또는 증강 현실 환경에서 가상 물체를 파지할 때, 전자석(946)이 활성화되어 착용자의 손가락이 구부러지는 것을 방지하거나 방해하며, 그로 인해 더 이상의 이동이 방지되는 손가락에 대한 파지 압력을 느끼게 한다. 전자석(946)이 활성화되지 않으면, 액추에이터(920)는 제1 디지트 세그먼트(118A)와 제2 디지트 세그먼트(118B) 사이의 상대 이동에 대한 저항을 제공하지 않는다.
전술한 바와 같이, 전자석(946)은 전류의 인가를 통해 활성화될 때 자기장이 발생하도록 구성된다. 이러한 자기장은 호스트 프로세서(108) 및/또는 로컬 프로세서(112)를 통해 프로그래밍 방식으로 제어할 수 있다. 예를 들어, 햅틱 효과의 상이한 패턴을 생성하기 위해 자기장을 펄스로 하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 펄스 자기장은 착용자가 가상 현실 또는 증강 현실 환경에서 캔과 같은 가상 물체를 파지하고 압착하는(crushing) 예를 모의하기 위해 사용될 수 있다.
도 10a 및 도 10b에 나타낸 또 다른 실시예에서, 웨어러블 디바이스(1000)는 웨어러블 하우징(116) 및 가상 물체를 파지하는 것을 모의하도록 구성된 액추에이터(1020)를 포함한다. 액추에이터(1020)는 웨어러블 하우징(116) 외부로 연장되고, 웨어러블 하우징(116)의 제1 디지트 세그먼트(118A)에 고정된 제1 단부(1047) 및 웨어러블 하우징(116)의 제2 디지트 세그먼트(118B)에 고정 된 제2 대향 단부 (1049)를 갖는 스트랜드(1048)를 포함한다. 스트랜드(1048)는 호스트 프로세서(108) 및/또는 로컬 프로세서(112)에 대한 명령 신호에 응답하여 변형 가능한 스마트 소재로부터 형성된다. 도 10a에서, 웨어러블 디바이스(1000)의 스트랜드(1048)는 스트랜드(1048)가 제1 디지트 세그먼트(118A)의 제2 디지트 세그먼트(118B)쪽으로의 이동에 대한 저항을 렌더링하는 제1 구성으로 도시되고, 그 반대인 경우도 마찬가지이며, 그것에 의해 가상 물체를 파지하는 것을 모의한다. 도 10b에서, 스트랜드(1048)는 스트랜드(1048)가 제1 디지트 세그먼트(118A)의 제2 디지트 세그먼트(118B)쪽으로의 이동에 대한 저항을 렌더링하지 않는 제2 구성으로 도시되고, 그 반대인 경우도 마찬가지이며, 그것에 의해 가상 물체를 파지하는 것을 모의하지 않는다. 스마트 소재는 전하 또는 전기장이 가해지면 사이즈, 형상 및/또는 강성의 변화를 나타내는 특성을 갖는다. 본 발명의 실시예에서, 액추에이터(1020)는 전기 활성 폴리머(EAP), 형상 기억 폴리머(SMP), 형상 기억 합금(SMA) 또는 형상 기억 폴리머(SMP)와 형상 기억 합금(SMA)의 조합으로부터 형성된다. 도 10a 및 도 10b와 관련하여 전술한 제1 및 제2 구성을 교대로 하기 위해, 스트랜드(1048)의 강성은 제어되거나 또는 달라질 수 있다. 보다 구체적으로, 도 10b의 제2 구성에서의 스트랜드(1048)는 전하가 인가되지 않을 때 제2 강성을 갖는다. 도 10b의 제2 구성에서, 스트랜드(1048)는 스트링과 같이 가단성 또는 유연성이 있으며, 제1 디지트 세그먼트(118A)의 제2 디지트 세그먼트(118B)쪽으로의 이동에 대한 저항을 렌더링하지 않으며, 그 반대인 경우도 마찬가지이다. 전하 또는 전기장이 가해지면, 스트랜드(1048)의 강성은 제2 강성보다 큰 제1 강성으로 변화한다. 도 10a의 제1 구성에서 스트랜드(1048)는 제1 강성을 갖는다. 도 10a의 제1 구성에서, 스트랜드(1048)는 강성이거나 굽혀지지 않고, 제1 디지트 세그먼트(118A)의 제2 디지트 세그먼트(118B)쪽으로의 이동에 대한 저항을 렌더링하며, 그 반대인 경우도 마찬가지이다. 또한, 이러한 실시예에서, 스트랜드(1048)는 도 10a의 제1 구성에서 일반적으로 직선 또는 선형이다.
액추에이터(1020)에 전하를 인가하기 위해, 호스트 프로세서(108) 및/또는 로컬 프로세서(112)는 착용자에게 햅틱 피드백 또는 효과를 생성하도록 액추에이터(1020)를 변형시켜 원하는 힘을 발휘하게 하기 위해, 액추에이터(1020)에 전기 신호를 제공하는 제어 하드웨어 및 소프트웨어를 포함한다. 보다 구체적으로, 전원(도시하지 않음)은 액추에이터(1020)에 전하를 공급한다. 전원은 웨어러블 디바이스(1000) 또는 호스트 컴퓨터(102) 내에 위치될 수 있다. 예를 들어, 전원은 웨어러블 디바이스(1000)의 웨어러블 하우징(116)내에 일체화된 유연하고 얇은 배터리일 수 있다. 호스트 프로세서(108) 및/또는 로컬 프로세서(112)는 전원을 제어하여 인가된 전하의 크기 및 주파수를 결정한다. 따라서, 전원은 호스트 프로세서(108) 및/또는 로컬 프로세서(112)로부터 명령 신호를 수신하도록 구성되고, 또한 명령 신호에 따라 액추에이터(1020)에 전하를 인가하도록 구성된다. 액추에이터(1020)의 강성은 전원으로부터 인가된 전하에 따라 증가하고, 제1 디지트 세그먼트(118A)의 제2 디지트 세그먼트(118B)쪽으로의 이동에 대한 저항을 렌더링하는 힘을 제공하며, 그 반대인 경우도 마찬가지이다. 제1 및 제2 디지트 세그먼트(118A, 118B) 간의 상대적 이동에 대한 저항은 제1 및 제2 디지트 세그먼트(118A, 118B) 내에 각각 배치된 착용자의 손가락의 구부림에 대한 저항을 제공하며, 그것에 의해 가상 물체를 파지하는 것을 모의한다. 전하가 인가되지 않을 때, 스트랜드(1048)는 유연성이 있으며, 제1 디지트 세그먼트(118A)와 제2 디지트 세그먼트(118B) 사이의 상대 이동에 대한 저항을 제공하지 않는다. 예를 들어, 착용자가 가상 현실 또는 증강 현실 환경에서 가상 물체를 파지할 때, 전하가 스트랜드(1048)에 인가되고 스트랜드(1048)의 강성이 증가하고, 그것에 의해 더 이상의 이동이 방지되는 손가락에 대한 파지 압력을 느끼게 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 도 10a 및 도 10b와 관련하여 상술한 제1 및 제2 구성 사이를 교대로 하기 위해, 스트랜드(1048)의 길이는 제어되거나 달라질 수 있다. 보다 구체적으로, 도 10b의 제2 구성에서의 스트랜드(1048)는 제1 디지트 세그먼트 (118A)의 제2 디지트 세그먼트(118B)로의 더 많은 이동을 가능하게 하는 제2 또는 더 긴 길이를 가지며, 그 반대인 경우도 마찬가지이다. 도 10a의 제1 구성에서 스트랜드(1048)는 제1 디지트 세그먼트(118a)의 제2 디지트 세그먼트(118B)로의 더 적은 이동을 가능하게 하는 제1 또는 더 짧은 길이를 가지며, 그 반대인 경우도 마찬가지이다. 스트랜드 (1048)의 길이는 웨어러블 디바이스(1000)에 일체화 될 수 있는 양방향 DC 모터 (도시하지 않음) 주위에 스트랜드(1048)를 감음으로써 달라질 수 있다. 스트랜드(1048)를 제1 방향으로 감는 것은 스트랜드 (1048)의 길이를 감소시키고, 제2 대향 방향으로 스트랜드(1048)를 풀면 스트랜드(1048)의 길이가 증가한다.
도 10a 및 도 10b가 단일 스트랜드(1048)만을 갖는 액추에이터(1020)를 도시하지만, 액추에이터는 도 11a 및 도 11b에 도시된 웨어러블 디바이스(1100)의 액추에이터(1120)에 의해 묘사되는 바와 같이 복수의 스트랜드를 포함할 수 있다. 이러한 실시예에서, 웨어러블 디바이스(1100)는 종래 글러브와 유사한 총 5 개의 디지트 세그먼트를 갖는 웨어러블 하우징(1116)을 포함한다. 보다 구체적으로, 액추에이터(1120)는 웨어러블 하우징(1116)의 외부에 배치되고 4개의 스트랜드(1148A, 1148B, 1148C 및 1148D)를 포함한다. 전술한 스트랜드(1048)와 유사하게, 각각의 스트랜드(1148A, 1148B, 1148C, 1148D)는 호스트 프로세서(108) 및/또는 로컬 프로세서(112)로부터의 명령 신호에 응답하여 변형 가능한 스마트 소재로 형성된다. 스트랜드(1148A)는 웨어러블 하우징(1116)의 제1 디지트 세그먼트(1118A)에 고정된 제1 단부 및 웨어러블 하우징(1116)의 제2 디지트 세그먼트(1118B)에 고정된 제2 대향 단부를 갖는다. 스트랜드(1148B)는 웨어러블 하우징(1116)의 제3 디지트 세그먼트(1118C)에 고정된 제1 단부 및 웨어러블 하우징(1116)의 제2 디지트 세그먼트(1118B)에 고정된 제2 대향 단부를 갖는다. 스트랜드(1148C)는 웨어러블 하우징(1116)의 제4 디지트 세그먼트(1118D)에 고정된 제1 단부 및 웨어러블 하우징(1116)의 제2 디지트 세그먼트(1118B)에 고정된 제2 대향 단부를 갖는다. 스트랜드(1148D)는 웨어러블 하우징(1116)의 제5 디지트 세그먼트(1118E)에 고정된 제1 단부와 웨어러블 하우징(1116)의 제2 디지트 세그먼트(1118B)에 고정된 제2 대향 단부를 갖는다. 본 발명의 다른 실시예 (도시하지 않음)에서, 스트랜드(1148A, 1148B, 1148C, 및 1148D) 각각은 제2 디지트 세그먼트(1118B)가 아닌 웨어러블 하우징(1116)의 다른 부분 또는 착용자의 손바닥에 고정되는 제2 대향 단부를 가질 수 있다.
도 11b에 나타낸 웨어러블 디바이스(1100)의 제2 구성에서 나타낸 바와 같은 스트랜드(1148A, 1148B, 1148C, 1148D)는 각각 전하가 인가되지 않을 때 제2 강성을 갖는다. 도 11b에 나타낸 제2 구성에서 나타낸 바와 같은 각각의 스트랜드(1148A, 1148B, 1148C, 1148D)는 스트링처럼 낭창낭창하거나 유연하며, 제1 디지트 세그먼트(1118A), 제3 디지트 세그먼트(1118C), 제4 디지트 세그먼트(1118D) 및 제5 디지트 세그먼트(1118E)가 각각 제2 디지트 세그먼트 (1118B) 쪽으로 이동하는 것에 대한 저항을 렌더링하지 않으며, 그 반대의 경우도 마찬가지이다. 전하 또는 전기장이 가해지면, 각각의 스트랜드(1148A, 1148B, 1148C, 1148D)의 강성은 제2 강성보다 큰 제1 강성으로 변한다. 도 11a에 도시된 제1 구성의 각 스트랜드(1148A, 1148B, 1148C, 1148D)는 제1 강성을 갖는다. 도 11a에 도시된 제1 구성에서, 각각의 스트랜드(1148A, 1148B, 1148C, 1148D)는 강성이며, 제1 디지트 세그먼트(1118A), 제3 디지트 세그먼트(1118C), 제4 디지트 세그먼트(1118D) 및 제5 디지트 세그먼트(1118E)가 각각 제2 디지트 세그먼트(1118B) 쪽으로 이동하는 것에 대한 저항을 렌더링하며, 그 반대의 경우도 마찬가지이다. 4 개의 스트랜드로 묘사되어 있지만, 액추에이터(1120)는 더 많거나 적은 수의 스트랜드를 포함할 수 있다.
액추에이터(1020, 1120)는 스마트 소재로 형성된 스트랜드(들)를 포함하지만, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액추에이터는 스트랜드가 아닌 코일을 포함한다. 보다 구체적으로, 도 12a 및 도 12b는 웨어러블 하우징(116) 및 액추에이터(1220)를 포함하는 웨어러블 디바이스(1200)를 도시한다. 액추에이터(1220)는 웨어러블 하우징(116) 외부로 연장되고, 웨어러블 하우징(116)의 제1 디지트 세그먼트(118A)에 고정된 제1 단부 및 웨어러블 하우징(116)의 제2 디지트 세그먼트(118B)에 고정된 제2 대향 단부를 갖는 코일(1250)을 포함한다. 도 12a에서, 코일(1250)은 코일(1250)의 제1 디지트 세그먼트(118A)와 제2 디지트 세그먼트(118B)쪽으로의 이동에 대한 저항을 렌더링하는 제1 구성으로 도시되고, 그 반대의 경우도 마찬가지이며, 그것에 의해 가상 물체의 파지를 모의한다. 도 12b에서, 코일(1250)은 코일(1250)이 제1 디지트 세그먼트 (118A)의 제2 디지트 세그먼트(118B)쪽으로의 이동에 대한 저항을 렌더링하지 않는 제2 구성으로 도시되고 반대의 경우도 마찬가지이며, 그것에 의해 가상 물체의 파지를 모의하지 않는다. 보다 구체적으로, 도 12a의 C-C 선을 따라 취한 코일(1250)을 형성하는 구성 요소의 단면도인 도 12c에 잘 나타낸 바와 같이, 코일(1250)은 쉘(1251) 및 쉘(1251) 내에 배치된 스마트 소재(1253)을 포함한다. 스마트 소재(1253)는 호스트 프로세서(108) 및/또는 로컬 프로세서(112)로부터의 명령 신호에 응답하여 변형 가능하다. 일 실시예에서, 스마트 소재(1253)는 전하가 인가되지 않을 때 액체 상태를 가지며 전하가 인가될 때 고체 상태를 갖는 금속이다. 예를 들어, 스마트 소재(1253)는 소재가 특정의 온도(즉, 연화점 또는 융점) 이상에서 부드럽게 되는, 소위 "액체 금속" 또는 순수한 금속과 합금의 조합, 또는 낮은 융점을 갖는 왁스 또는 겔 소재와 같은 다른 적절한 소재일 수 있다. 코일(1250)의 스마트 소재(1253)는 코일(1250)이 도 12b의 제2 구성으로 있을 때 (전하를 인가하지 않은) 액체 상태이다. 도 12b의 제2 구성에서, 코일(1250)은 가단성 또는 유연성이 있으며, 제1 디지트 세그먼트(118A)의 제2 디지트 세그먼트(118B)쪽으로의 이동에 대한 저항을 렌더링하지 않으며, 반대의 경우도 마찬가지이다. 전하 또는 전기장이 가해지면, 코일(1250)의 스마트 소재(1253)는 코일(1250)이 도 12a의 제1 구성으로 있을 때 고체 상태이다. 도 12a의 제1 구성에서, 코일(1250)은 단단하고 제1 디지트 그먼트(118A)의 제2 디지트 세그먼트(118B)쪽으로의 이동에 대한 저항을 렌더링하며, 그 반대의 경우도 마찬가지이다. 이러한 실시예의 쉘(1251) 및 스마트 소재(1253)는 또한 상기 도 10a 및 도 10b에 기술된 스트랜드(1048)를 위한 소재로서 이용될 수 있다.
도 13a 및 도 13b에 나타낸 또 다른 실시예에서, 웨어러블 디바이스(1300)는 웨어러블 하우징(116) 및 웨어러블 하우징(116) 내부로 연장되고 연장된 부재(1352)를 포함하는 액추에이터(1320)를 포함한다. 연장된 부재(1352)는 웨어러블 하우징(116)의 제1 디지트 세그먼트(118A) 및 웨어러블 하우징(116)의 제2 디지트 세그먼트(118B)와 부합하거나, 이를 따라 연장되거나 이에 인접하는 만곡된 구성요소이다. 본 발명의 일 실시예에서, 연장된 부재(1352)는 C-형 구성을 갖는다. 또한, 본 발명의 다른 실시예(도시하지 않음)에서, 연장된 부재(1352)는 대안적으로 웨어러블 하우징(116)의 외부에 고정될 수 있다. 도 13a에서, 연장된 부재(1352)는 연장된 부재가 제1 디지트 세그먼트(118A)의 제2 디지트 세그먼트(118B)쪽으로의 이동에 대한 저항을 렌더링하는 제1 구성으로 도시되고, 그 반대의 경우도 마찬가지이며, 그것에 의해 가상 물체의 파지를 모의한다. 도 13b에서, 연장된 부재(1352)는 연장된 부재(1352)가 제1 디지트 세그먼트(118A)의 제2 디지트 세그먼트(118B)쪽으로의 이동에 대한 저항을 렌더링하지 않는 제2 구성으로 도시되고, 그의 반대인 경우도 마찬가지이며, 그것에 의해 가상 물체의 파지를 모의하지 않는다. 보다 구체적으로, 도 13a의 C-C 선을 따라 취한 연장된 부재(1352)의 단면도인 도 13c에 잘 나타낸 바와 같이, 연장된 부재(1352)는 쉘(1351)을 포함하며, 호스트 프로세서(108) 및/또는 로컬 프로세서(112)로부터 명령 신호에 응답하여 변형 가능한 스마트 소재(1353)는 쉘(1351) 내에 배치된다. 일 실시예에서, 스마트 소재(1353)는 전하가 인가되지 않을 때 액체 상태를 가지며 전하가 인가될 때 고체 상태를 가지는 금속이다. 예를 들어, 스마트 소재(1353)는 소재가 특정의 온도 (즉, 연화점 또는 융점) 이상에서 부드럽게 될 수 있는 소위 "액체 금속" 또는 순수한 금속과 합금의 조합, 또는 낮은 융점을 갖는 왁스 또는 겔 소재와 같은 다른 적절한 소재일 수 있다. 연장된 부재(1352)의 스마트 소재(1353)는 연장된 부재(1352)가 도 13b의 제2 구성으로 있을 때 (전하가 인가되지 않은) 액체 상태이다. 도 13b의 제2 구성에서는, 연장된 부재(1352)는 가단성 또는 유연성이 있으며, 제1 디지트 세그먼트(118A)의 제2 디지트 세그먼트(118B)쪽으로의 이동에 대한 저항을 렌더링하지 않으며, 그 반대인 경우도 마찬가지다. 전하 또는 전기장이 가해지면, 연장된 부재(1352)의 스마트 소재(1353)는 연장된 부재(1352)가 도 13a의 제1 구성으로 있을 때 고체 상태이다. 도 13a의 제1 구성에서, 연장된 부재(1352)는 단단하고 제1 디지트 세그먼트(118A)의 제2 디지트 세그먼트(118B)쪽으로의 이동에 대한 저항을 렌더링하며, 그 반대인 경우도 마찬가지이다.
내부에 금속이 배치된 쉘(1351)을 포함하지 않는, 다른 실시예에서, 연장된 부재(1352)는 호스트 프로세서(108) 및/또는 로컬 프로세서(112)에 대한 명령 신호에 응답하여 변형 가능한 스마트 소재로 형성될 수 있다. 액추에이터(1020)의 스트랜드(1048)와 관련하여 상술한 바와 같이, 스마트 소재는 전하 또는 전기장이 가해지면 사이즈, 형상 및/또는 강성의 변화를 나타내는 특성을 갖는다. 본 발명의 일 실시예에서, 연장된 부재(1352)는 전기 활성 폴리머(EAP), 형상 기억 폴리머(SMP), 형상 기억 합금(SMA), 형상 기억 폴리머(SMP)와 형상 기억 합금(SMA)의 조합, 압전 세라믹(piezoceramic), 유전 엘라스토머(dielectric elastomer)(실리콘, 아크릴 또는 합성/천연 고무 베이스) 또는 폴리비닐리덴 플루오라이드(Polyvinylidene fluoride) 및 이의 코폴리머(copolymer) 또는 터폴리머(terpolymer) 유도체로부터 형성된다. 도 13a 및 도 13b와 관련하여 전술한 제1 및 제2 구성을 교대로 하기 위해, 연장된 부재(1352)의 강성 및/또는 두께는 제어되거나 또는 달라질 수 있다. 보다 구체적으로, 도 13b의 제2 구성에서의 연장된 부재(1352)는 전하가 인가되지 않을 때 제2 강성 및/또는 제2 두께를 갖는다. 도 13b의 제2 구성에서, 연장된 부재(1352)는 가요성 또는 유연성이 있으며, 제1 디지트 세그먼트(118A)의 제2 디지트 세그먼트(118B)쪽으로의 이동에 대한 저항을 렌더링하지 않으며, 그 반대인 경우도 마찬가지이다. 전하 또는 전기장이 가해지면, 연장된 부재(1352)의 강성은 제2 강성보다 큰 제1 강성으로 변화하며 및/또는 연장된 부재(1352)의 두께는 제2 두께보다 더 두꺼운 제1 두께로 변화한다. 도 13a의 제1 구성에서, 연장된 부재(1352)는 (증가된 강성 및/또는 더 두꺼운 두께로 인해) 강성이며, 제1 디지트 세그먼트(118A)의 제2 디지트 세그먼트(118B)쪽으로의 이동에 대한 저항을 렌더링하며, 그 반대인 경우도 마찬가지이다.
도 13a 및 도 13b의 실시예에서, 액추에이터(1320)의 스마트 소재는 연장된 부재(1352)의 전체 길이에 걸쳐 연장된다. 그러나, 본 발명의 다른 실시예에서, 스마트 소재는, 스마트 소재가 착용자의 손의 관절에 인접하여 배치되도록, 연장된 부재 내에 선택적으로 배치할 수 있다. 보다 구체적으로, 도 14는 웨어러블 하우징(116) 및 연장된 부재(1452)를 갖는 액추에이터(1420)를 포함하는 웨어러블 디바이스(1400)의 일 실시예를 도시한다. 연장된 부재(1452)는 웨어러블 하우징(116)의 제1 디지트 세그먼트(118A) 및 웨어러블 하우징(116)의 제2 디지트 세그먼트(118B)와 부합하거나 이를 따라 연장하거나 이에 인접하는 만곡된 구성요소이다. 본 발명의 일 실시예에서, 연장된 부재(1452)는 C-형 구성을 갖는다. 연장된 부재(1452)의 단면도인 도 14b에 잘 나타낸 바와 같이 (연장된 부재(1452)는 단지 예시 목적으로 웨어러블 하우징(116)으로부터 제거되어 도시됨), 연장된 부재(1452)는 복수의 내부 컴파트먼트 (1454A, 1454B)을 갖는 쉘 (1451)을 포함한다. 복수의 내부 컴파트먼트(1454A, 1454B)은 쉘(1451) 내의 연장된 부재(1452)의 길이를 따라 인접하는 섹션 또는 영역이다. 호스트 프로세서(108) 및/또는 로컬 프로세서(112)에 대한 명령 신호에 응답하여 변형 가능한 스마트 소재(1453)는 착용자의 손의 관절에 인접하여 배치되도록 웨어러블 하우징(116) 상에 배치되는 내부 컴파트먼트(1454A)에만 배치된다. 내부 컴파트먼트(1454A)의 수 및 사이즈/길이는 도 14에 도시된 구성과 다를 수 있다. 스마트 소재(1453)는 전하가 인가되지 않을 때는 액체 상태이고 전하가 인가될 때는 고체 상태를 가지는 금속일 수 있거나, 또는 전하 또는 전기장이 가해지면 사이즈, 형상 및/또는 강성의 변화를 나타내는, 전기 활성 폴리머(EAP), 형상 기억 폴리머(SMP), 형상 기억 합금(SMA), 형상 기억 폴리머(SMP)와 형상 기억 합금(SMA)의 조합, 압전 세라믹, 유전 엘라스토머 (실리콘, 아크릴 또는 합성/천연 고무 베이스) 또는 폴리비닐리덴 플루오라이드 및 이의 코폴리머 또는 터폴리머 유도체와 같은 스마트 소재로 형성될 수 있다. 나머지 내부 컴파트먼트(1454B)(손의 관절에 인접하지 않음)은 스마트 소재(1453)가 강성일 때. 연장된 부재(1452)의 전체 길이는 유사하게 강성이 되도록, 플라스틱, 금속, 탄소 섬유 또는 이와 유사한 것과 같은 강성 소재로 충전될 수 있다.
도 15 내지 16b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 햅틱 효과를 제공하기 위한 웨어러블 디바이스(1500)의 개략도이다. 웨어러블 디바이스(1500)는 웨어러블 하우징(1516)을 포함한다. 웨어러블 하우징(1516)은 적어도 제1 디지트 세그먼트(1518A) 및 제2 디지트 세그먼트(1518B)를 포함한다. 이러한 실시예에서, 웨어러블 하우징(116)과 달리, 제1 및 제2 디지트 세그먼트(1518A, 1518B)는 손의 손가락 및 엄지의 각각의 적어도 일부를 둘러싸거나 감싸도록 구성되지 않는다. 오히려, 제1 및 제2 디지트 세그먼트(1518A, 1518B)는 손가락 및 엄지 각각의 손바닥 표면에 부합하는 평면 세그먼트이다. 보다 구체적으로, 제2 디지트 세그먼트(1518B)는 착용자의 손의 엄지의 손바닥 표면에 부합하도록 구성되는 반면, 제1 디지트 세그먼트(1518A)는 착용자의 손의 손가락의 손바닥 표면에 부합하도록 구성된다. 다른 실시예에서, 제1 및 제2 디지트 세그먼트(1518A, 1518B)는 또한 착용자의 손가락 및 엄지의 하나 이상의 측면에 부합하도록 구성된다. 웨어러블 하우징(1516)은 앵커(1522)를 더 포함한다. 앵커(122)와 유사하게, 앵커(1522)는 제1 디지트 세그먼트(1518A)와 제2 디지트 세그먼트(1518B) 사이에 배치된다. 앵커(1522)는, 앵커(1522)가 손의 손등 쪽에서 손의 손바닥 쪽으로 연장되도록 구성되는 손바닥 플랩(1522A) 및 손등 플랩(1522B)을 포함한다. 보다 구체적으로, 손바닥 플랩(1522A)은 착용자의 손의 손바닥 표면의 일부 위에 배치되도록 구성되고, 손등 플랩(1522B)은 착용자의 손의 손등 표면의 일부 위에 배치되도록 구성된다. 앵커(1522)는 앵커(122)에 대해 보다 상세하게 설명된 바와 같이 착용자의 손에 대해 웨어러블 하우징(1516)을 기계적으로 안정화시키는 기능을 한다. 도 16a에 나타낸 바와 같이, 앵커(1522)는 제1 및 제2 디지트 세그먼트(1518A, 1518B)에 대한 앵커(1522)의 강성을 상대적으로 증가시키기 위해 웨어러블 하우징(1516)의 소재에 내장된 보강 소재의 열(row)(1658)을 포함할 수 있다.
웨어러블 하우징(1516)은 착용자의 손과 부합하도록 구성된 임의의 적절한 소재로부터 형성된다. 웨어러블 하우징(1516)은 내부 표면(1530) 및 외부 표면(1532)을 갖는 단일 소재 층이다. 내부 표면(1530)은 착용자의 피부와 접촉하여 그에 부합하도록 구성된다. 도 16b에 나타낸 바와 같이 일 실시예에서, 내부 표면(1530)에 점성을 제공하고 웨어러블 하우징(1516)과 착용자의 피부 사이에 비교적 높은 마찰력을 보장하기 위해, 내부 표면(1530)은 이에 한정되지 않지만 실리콘 폴리머와 같은 탄성 폴리머 소재(1655)의 층을 포함할 수 있다.
외부 표면(1532)은 착용자 손의 피부로부터 이격 되도록 구성된다. 액추에이터(1520)는 도 16a에 도시된 바와 같이 외부 표면(1532) 상에 고정되거나 또는 외부 표면(1532)에 내장될 수 있다. 액추에이터(1520)는 제1 디지트 세그먼트(1518A)의 제2 디지트 세그먼트(1518B)쪽으로의 이동에 대한 저항을 렌더링하며, 그 반대로도 되도록 구성된다. 보다 구체적으로, 액추에이터(1520)는 제1 및 제2 디지트 세그먼트(1518A, 1518B)를 따라 연장되는 스마트 소재의 열(1656)을 포함한다. 스마트 소재는 호스트 프로세서(108) 및/또는 로컬 프로세서(112)에 대한 명령 신호에 응답하여 변형 가능하고, 스마트 소재의 강성이 제어되거나 또는 달라질 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 액추에이터(1520)는 전기 활성 폴리머(EAP), 형상 기억 폴리머(SMP), 형상 기억 합금(SMA), 형상 기억 폴리머(SMP)와 형상 기억 합금(SMA)의 조합으로 형성된다. 보다 구체적으로, 착용자가 제1 및 제2 디지트 세그먼트(1518A, 1518B)를 서로를 향해 움직이거나 구부릴 수 있도록, 스마트 소재의 열(1656)은 전하가 인가되지 않을 때에 제2 강성을 가진다. 전하 또는 전기장이 가해지면, 착용자가 제1 및 제2 디지트 세그먼트(1518A, 1518B)를 서로를 향해 움직이거나 구부릴 수 없도록, 스마트 소재의 열(1656)의 강성은 제2 강성보다 큰 제1 강성으로 변한다.
감지 시스템은 햅틱 피드백으로서 추후 재생을 위한 파라미터를 포착하기 위해, 웨어러블 디바이스(100) 또는 본원에 기재된 웨어러블 디바이스의 다른 실시예에 통합될 수 있다. 보다 구체적으로, 햅틱 피드백을 제공하는 것에 추가하여, 웨어러블 디바이스(100)는 가상 물체에 대응하는 실제 물체의 물성을 평가, 추정, 근사화 또는 다른 방식으로 평가하도록 구성될 수 있다. 또한, 평가된 물리적 특성은 가상 물체와의 가상 상호 작용을 나타내는 햅틱 효과를 제공하는데 사용될 수 있다. 적어도 하나의 센서(115) (도 2 참조)는 실제 물체와의 사용자 상호 작용에 대한 동적 응답을 측정하거나 감지하기 위해 웨어러블 하우징(116) 내에 고정되거나 내장된다. 측정되거나 또는 감지된 동적 응답은 파라미터로 특성화되며, 실제 물체에 대응하는 가상 물체를 터치 및/또는 파지할 때 실제 물체의 느낌을 모사하기 위해 햅틱 피드백으로 재생된다. 실제 물체의 측정되거나 또는 감지된 동적 응답을 통해 얻어지는 파라미터는 실제 물체에 대응하는 가상 현실 또는 증강 현실 환경에서 가상 물체에 적용될 수 있는 3 차원 햅틱 물체 맵으로 간주될 수 있다. 3 차원 햅틱 물체 맵은 호스트 컴퓨터(102)의 메모리(110) 및/또는 웨어러블 디바이스(100)의 로컬 메모리(114)에 저장될 수 있으며, 웨어러블 디바이스의 액추에이터(120)는 3 차원 햅틱 물체 맵의 파라미터를 햅틱 피드백으로 재생하는데 이용될 수 있다.
웨어러블 하우징(116) 내에 내장되거나 또는 고정될 수 있는 센서(115)의 예는 실제 물체와 상호 작용하는 동안 3 차원 위치, 방향 및 힘 값을 감지할 수 있는 센서를 포함한다. 본원에서 사용하기에 적합한 센서의 예로는 용량 센서, 저항 센서, 표면 음향파 센서, 광학 센서(예, 외부 물체에 의해 생성된 주변 광의 그림자를 측정함으로써 위치를 검출하는 그림자-기반 센서(shadow-based sensor)용 광 센서 어레이) 또는 다른 적절한 센서 일 수 있다. 웨어러블 하우징(116)의 각 센서(115)는 대응하는 센서 신호를 호스트 프로세서(108) 및/또는 로컬 프로세서(112)로 전달 또는 전송하기 위해, 호스트 프로세서(108) 및/또는 로컬 프로세서(112)에 전기적으로 연결된다. 센서(들)(115)로부터의 신호는 상술한 바와 같이 액추에이터(120)에 의한 햅틱 피드백으로서 추후에 사용을 위해 3 차원 햅틱 물체 맵을 생성하도록 호스트 프로세서(108) 및/또는 로컬 프로세서(112)에 의해 수신되고 처리된다. 본 발명의 일 실시예에서, 호스트 프로세서(108) 및/또는 로컬 프로세서(112)는 센서(115)로부터 나오는 신호를 표준화된 신호로 교정하기 위한 교정 모듈을 포함할 수 있다. 센서 신호를 판독하고 디바이스에 햅틱 피드백을 제공하기 위해 사용될 수 있는 아키텍처 및 제어 방법은 본 발명과 동일한 양수인에게 양도된 로젠베르그 등(Rosenberg et al.)의 미국 특허 제5,734,373호에 더 상세히 기술되어 있으며, 개시 내용은 그 전체가 본원에 참고로 포함된다.
도 17은 실제 물체의 물리적 특성을 평가하고, 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 디바이스로 가상 물체와의 가상 상호 작용을 나타내는 햅틱 효과를 제공하기 위해, 가상 물체에 대응하는 실제 물체와의 사용자 상호 작용에 대한 동적 응답을 감지하고 동적 응답을 이용하는, 프로세스(1701)를 나타내는 흐름도이다. 센서(115)는 단계 1762에 나타낸 바와 같이 실제 물체와의 사용자 상호 작용 중에 3 차원 위치, 방향 및 힘 값을 측정 또는 감지하는데 사용된다. 호스트 프로세서(108) 및/또는 로컬 프로세서(112)는 센서(115)로부터 측정되거나 또는 감지된 동적 응답을 수신하고, 단계 1764에 나타낸 바와 같이 실제 물체의 물리적 특성에 관한 파라미터로서 측정치를 특성화한다. 물리적 특성은 실제 물체의 사이즈, 형상, 강성, 무게, 열적 특성 또는 텍스처일 수 있다. 호스트 프로세서(108) 및/또는 로컬 프로세서(112)는 단계 1766에 나타낸 바와 같이 파라미터를 3 차원 햅틱 물체 맵으로 컴파일 및/또는 업데이트한다. 호스트 프로세서(108) 및/또는 로컬 프로세서(112)는 단계 1768에 나타낸 바와 같이 3 차원 햅틱 물체 맵을 웨어러블 디바이스(100)의 액추에이터(120)에 송신하며, 액추에이터(120)는 단계 1769에 나타낸 바와 같이 3 차원 햅틱 물체 맵에 따라 촉감 및/또는 운동감각 햅틱 효과를 렌더링한다. 3 차원 햅틱 물체 맵은 센서(115)로부터 새롭게 측정되거나 또는 감지된 동적 응답으로 호스트 프로세서(108) 및/또는 로컬 프로세서(112)에 의해 연속적으로 업데이트 될 수 있다.
도 18은 공(1870)으로 묘사되는 실제 물체에 근접하여 도시된 웨어러블 디바이스(100)의 개략도이다. 웨어러블 디바이스(100)는 공(1870)과 착용자의 상호 작용에 대한 동적 응답을 측정 또는 감지하기 위한 웨어러블 하우징(116)에 내장된 센서(115)를 포함한다. 다음에 호스트 프로세서(108) 및/또는 로컬 프로세서(112)는 측정되거나 또는 감지된 동적 응답을 파라미터로 특성화하고, 이러한 파라미터는 착용자가 공(1870)에 대응하는 가상 물체를 터치 및/또는 파지할 때 공(1870)의 느낌을 모사하기 위해 햅틱 피드백으로 재생된다. 달리 말하면, 호스트 프로세서(108) 및/또는 로컬 프로세서(112)는 재생될 공(1870)의 3 차원 햅틱 물체 맵을 햅틱 재생 파라미터들의 세트로 생성한다. 파라미터는 공(1870)의 사이즈, 형상, 강성 및/또는 텍스처와 같은 공(1870)의 적어도 하나의 물리적 특성에 관한 것이다. 그의 일 예로서, 사용자는 웨어러블 디바이스(100)를 가진 손으로 공(1870)을 픽업할 수 있다. 사용자는, 이에 한정되지는 않지만, 공을 터칭하는 것, 공을 잡고 있는 것, 또는 공에 압력을 인가하는 것을 포함하는 다양한 방법으로 공(1870)과 상호 작용할 수 있다. 사용자가 공(1870)과 상호 작용할 때, 웨어러블 디바이스(100)의 센서(들)는 공(1870)의 적어도 하나의 물리적 특성을 평가하기 위해 공(1870)과 사용자의 상호 작용에 대한 동적 반응을 측정 또는 감지한다.
다른 예에서, 실제 물체는 소재 또는 천의 조각이다. 사용자는 고객을 위해 맞춤 드레스를 만드는 니트웨어 디자이너이다. 고객은 맞춤 드레스를 구체화하고자 니트웨어 디자이너에게 직물의 특성을 보여주기 위해, 자신이 이미 소유하고 있는 드레스를 가져온다. 웨어러블 디바이스(100)를 착용한 상태에서, 니트웨어 디자이너는 고객의 드레스의 직물을 파지하고 그것의 텍스처, 신축성 및 다른 물리적 특성을 느낀다. 호스트 프로세서(108) 및/또는 로컬 프로세서(112)는 직물의 물리적 모델을 구축한다. 니트웨어 디자이너는 웨어러블 디바이스(100)의 센서(들)에 의해 포착된 직물의 물리적 모델을 사용하여 새로운 의복 디자인을 제공한다.
도 19는 박스(1980)로 묘사되는 실제 물체에 근접하여 도시된 2개의 웨어러블 디바이스(100)의 개략도이다. 웨어러블 디바이스(100)는 각각 박스(1980)와 착용자의 상호 작용에 대한 동적 응답을 측정 또는 감지하기 위해, 웨어러블 하우징(116)에 내장된 센서(115)를 포함한다. 다음에 호스트 프로세서(108) 및/또는 로컬 프로세서(112)는 측정되거나 또는 감지된 동적 응답을 파라미터로 특성화하고, 이러한 파라미터는 박스(1980)에 대응하는 가상 물체를 터치 및/또는 파지할 때 박스(1980)의 느낌을 모사하기 위해 햅틱 피드백으로서 재생된다. 파라미터는 박스(1980)의 사이즈, 형상, 강성, 무게, 열적 특성 및/또는 텍스처와 같은 박스(1980)의 적어도 하나의 물리적 특성과 관련된다. 2개의 웨어러블 디바이스(100)에서, 그의 센서(115)는 박스(1980)의 물리적 특성을 평가하기 위해 집합적으로 이용할 수 있다. 예를 들어, 2개의 웨어러블 디바이스(100)에서는, 이에 한정되지 않지만, 사이즈 및 형상과 같은 박스(1980)의 특정의 물리적 특성이 평가될 수 있다. 특히, 2개의 웨어러블 디바이스(100)를 사용하면 비교적 큰 실제의 물체(즉, 사용자의 한 손에 들어 가지 않는 실제 물체)의 사이즈 및 형상을 보다 정확하게 평가할 수 있다.
가상 물체의 터치를 모의하기 위한 액추에이터 및 가상 물체의 파지를 모의하기 위한 액추에이터가 본원에서 개별적으로 설명되었지만, 액추에이터의 여러 유형이 동일한 웨어러블 디바이스(100)에 포함될 수 있다. 따라서, 단일의 웨어러블 디바이스(100)는 가상 물체의 터치를 모의하기 위한 액추에이터 및 가상 물체의 파지를 모의하기 위한 액추에이터 양자 모두를 포함할 수 있다. 또한, 웨어러블 디바이스(100)는 진동, 온도, 압력, 마찰력 등과 같은 햅틱 피드백의 다른 유형을 제공하는 추가의 액추에이터를 더 포함할 수 있다. 다시 말하면, 본원에 기술된 가상 물체의 터치를 모의하는 액추에이터 및 가상 물체의 파지를 모의하기 위한 액추에이터는 동일한 웨어러블 디바이스 또는 2차 주변 디바이스에서 촉감 피드백을 생성하는 다른 작동 방법과 결합될 수 있다.
따라서, 본 발명의 폭 및 범위는 상술한 예시적인 실시예들 중 어느 것에 의해서도 제한되지 않지만, 첨부된 청구범위 및 그의 균등물에 따라서만 정의되어야 한다. 본원에서 논의된 각 실시예의 각각의 특징 및 본원에서 인용된 각각의 문헌의 각각의 특징은 임의의 다른 실시예의 특징과 조합하여 사용될 수 있다는 것도 이해될 것이다. 본원에서 논의되는 모든 특허 및 문헌은 그 전체가 본원에 참고로 포함된다.
Claims (20)
- 햅틱 효과를 제공하기 위한 웨어러블 디바이스로서,
착용자의 손의 3 개 이하의 디지트(digits)에 착용되도록 구성된 웨어러블 하우징 - 상기 웨어러블 하우징은,
상기 손의 손가락에 부합하도록 구성된 제1 디지트 세그먼트 및 상기 손의 다른 손가락 또는 엄지 손가락에 부합하도록 구성된 제2 디지트 세그먼트, 및
상기 제1 디지트 세그먼트와 상기 제2 디지트 세그먼트 사이에서 연장되도록 배치된 앵커(anchor) -- 상기 앵커는 상기 손의 손등 쪽(dorsal side)으로부터 손바닥 쪽(ventral side)까지 연장되도록 형성된 새들(saddle) 모양임 -- 을 포함함 -; 및
상기 웨어러블 하우징에 고정되고,
가상 물체를 파지하는 것과 관련된 가상 상호 작용을 나타내는 명령 신호를 수신하고,
상기 명령 신호에 응답하여 상기 웨어러블 하우징의 상기 제1 디지트 세그먼트의 상기 웨어러블 하우징의 상기 제2 디지트 세그먼트 쪽으로의 이동에 대한 저항을 렌더링하기 위해 힘을 제공하며, 반대인 경우도 마찬가지가 되도록 구성된 액추에이어터 - 상기 액추에이터는 상기 손을 향해 상기 힘을 기계적으로 안정화시키기 위해 상기 웨어러블 하우징의 상기 앵커를 사용함 -를 포함하는 웨어러블 디바이스. - 제 1 항에 있어서,
상기 웨어러블 하우징의 상기 앵커는 손의 손바닥 표면(ventral surface)의 일부분 위에 배치되도록 구성된 손바닥 플랩 및 상기 손의 손등 표면(dorsal surface)의 일부분 위에 배치되도록 구성된 손등 플랩을 포함하는, 웨어러블 디바이스. - 제 2 항에 있어서,
상기 앵커는 상기 손에 부합시킴으로써 손에 대한 상기 웨어러블 하우징을 기계적으로 안정화시키는, 웨어러블 디바이스. - 제 1 항에 있어서,
상기 액추에이터는 스마트 소재로 형성되고, 상기 액추에이터의 강성은 상기 명령 신호에 응답하여 힘을 제공하도록 변화되는, 웨어러블 디바이스. - 제 4 항에 있어서,
상기 액추에이터는 상기 웨어러블 하우징의 외부로 연장되고, 상기 웨어러블 하우징의 제1 디지트 세그먼트에 고정된 제1 단부 및 상기 웨어러블 하우징의 상기 제2 디지트 세그먼트에 고정된 제2 대향 단부를 갖는 적어도 하나의 스트랜드(strand) 또는 코일을 포함하는, 웨어러블 디바이스. - 제 5 항에 있어서,
상기 액추에이터의 상기 적어도 하나의 스트랜드 또는 코일은,
상기 명령 신호에 응답하여 변형 가능한 스마트 소재(smart material)로 형성된 제1 스트랜드 - 상기 제1 스트랜드는 상기 웨어러블 하우징의 상기 제1 디지트 세그먼트에 고정된 제1 단부 및 상기 웨어러블 하우징의 상기 제2 디지트 세그먼트에 고정된 제2 대향 단부를 가짐 -; 및
상기 명령 신호에 응답하여 변형 가능한 스마트 소재로 형성된 제2 스트랜드 - 상기 제2 스트랜드는 상기 웨어러블 하우징의 제3 디지트 세그먼트에 고정된 제1 단부 및 상기 웨어러블 하우징의 상기 제2 디지트 세그먼트에 고정된 제2 대향 단부를 가짐 -;를 포함하는 웨어러블 디바이스. - 제 5 항에 있어서,
상기 액추에이터는 쉘(shell)을 포함하고, 상기 스마트 소재는 상기 쉘 내에 배치된 금속이고, 상기 금속은 상기 명령 신호에 응답하여 액체 상태 및 고체 상태를 갖는 웨어러블 디바이스. - 제 4 항에 있어서,
상기 액추에이터는 상기 웨어러블 하우징의 내부로 연장되고, 상기 웨어러블 하우징의 상기 제1 디지트 세그먼트 및 상기 웨어러블 하우징의 상기 제2 디지트 세그먼트에 부합하는 웨어러블 디바이스. - 제 8 항에 있어서,
상기 액추에이터는 쉘을 포함하고, 상기 스마트 소재는 상기 쉘 내에 배치된 금속이고, 상기 금속은 상기 명령 신호에 응답하여 액체 상태 및 고체 상태를 갖는 웨어러블 디바이스. - 제 9 항에 있어서,
상기 쉘은 복수의 내부 컴파트먼트를 포함하고, 상기 스마트 소재는 상기 손의 관절에 인접하게 배치되도록 위치하는 상기 복수의 내부 컴파트먼트 중 내부 컴파트먼트에만 배치되는 웨어러블 디바이스. - 제 1 항에 있어서,
상기 웨어러블 하우징에 고정되고, 실제 물체와 사용자의 상호 작용에 대한 동적 응답을 감지하도록 구성된 적어도 하나의 센서를 추가로 포함하며, 상기 동적 응답은 가상 물체에 대응하는 실제 물체의 물리적 특성을 평가하는데 사용되며, 상기 물리적 특성은 상기 실제 물체의 사이즈, 형상, 강성, 무게, 열적 특성 또는 텍스처 중 적어도 하나이며,
상기 가상 상호 작용은 상기 가상 물체의 촉감(tactile) 특성이며, 상기 촉감 특성은 상기 가상 물체의 사이즈, 모양, 강성, 무게, 열적 특성 또는 텍스처 중 적어도 하나이며 상기 실제 물체의 물리적 특성에 대응하는 것인, 웨어러블 디바이스. - 제 1 항에 있어서,
상기 제1 디지트 세그먼트 및 상기 제2 디지트 세그먼트의 각각은 폐쇄된 팁 단부를 가지며, 앵커에 배치된 단부를 갖는 관형 구성요소인, 웨어러블 디바이스. - 제 1 항에 있어서,
상기 웨어러블 하우징은 손의 2 개 디지트에만 착용되도록 구성되며, 상기 제1 디지트 세그먼트는 상기 손의 손가락에 부합하도록 구성되고, 상기 제2 디지트 세그먼트는 상기 손의 엄지 손가락에 부합하도록 구성되는, 웨어러블 디바이스. - 햅틱 효과를 제공하는 시스템으로서,
착용자의 제1 손의 일부분에 착용되도록 구성된 제1 웨어러블 하우징 - 상기 제1 웨어러블 하우징은 상기 제1 손의 손가락에 부합하도록 구성된 제1 디지트 세그먼트 및 상기 제1 손의 다른 손가락 또는 엄지 손가락에 부합하도록 구성된 제2 디지트 세그먼트를 포함 -;
상기 제1 웨어러블 하우징에 고정된 제1 센서;
착용자의 제2 손의 일부분에 부합하도록 구성된 제2 웨어러블 하우징 - 상기 제2 웨어러블 하우징은 상기 제2 손의 손가락에 부합하도록 구성된 제1 디지트 세그먼트 및 상기 제2 손의 다른 손가락 또는 엄지 손가락에 부합하도록 구성된 제2 디지트 세그먼트를 포함 -;
상기 제2 웨어러블 하우징에 고정된 제2 센서 - 상기 제1 센서 및 상기 제2 센서가 실제 물체와 사용자의 상호 작용에 대한 동적 응답을 집합적으로 감지하도록 구성되며, 상기 동적 응답이 실제 물체의 물리적 특성을 평가하는데 사용되며, 상기 물리적 특성은 상기 실제 물체의 사이즈, 형상, 강성, 무게, 열적 특성 또는 텍스처 중 적어도 하나임 -; 및
상기 제1 웨어러블 하우징에 고정된 액추에이터 - 상기 액추에이터는,
상기 실제 물체에 대응하는 가상 물체를 파지하는 것과 관련된 가상 상호 작용을 나타내는 명령 신호를 수신하고,
상기 명령 신호에 응답하여 상기 제1 웨어러블 하우징의 상기 제1 디지트 세그먼트의 상기 제1 웨어러블 하우징의 상기 제2 디지트 세그먼트쪽으로의 이동에 대한 저항을 렌더링하는 힘을 제공하도록 구성됨 -;를 포함하는 시스템. - 햅틱 효과를 제공하는 웨어러블 디바이스로서,
착용자의 손의 3 개 이하의 디지트에 착용되도록 구성된 웨어러블 하우징 - 상기 웨어러블 하우징은,
상기 손의 손가락에 부합하도록 구성된 제1 디지트 세그먼트 및 상기 손의 다른 손가락 또는 엄지 손가락에 부합하도록 구성된 제2 디지트 세그먼트, 및
상기 제1 디지트 세그먼트와 상기 제2 디지트 세그먼트 사이에서 연장하도록 배치된 앵커 -- 상기 앵커는 상기 손의 손등 쪽으로부터 상기 손의 손바닥 쪽까지 연장되도록 형성된 새들 모양임 --를 포함함 -; 및
상기 웨어러블 하우징에 고정되고,
가상 물체를 터치하는 것과 관련된 가상 상호 작용을 나타내는 명령 신호를 수신하고,
상기 명령 신호에 응답하여 상기 손의 일부분에 힘을 제공하도록 구성된 액추에이터 - 상기 액추에이터는 상기 손을 향한 상기 힘을 기계적으로 안정화시키기 위해, 상기 웨어러블 하우징의 상기 앵커를 사용함 -;를 포함하는 웨어러블 디바이스. - 제 15 항에 있어서,
상기 액추에이터는 상기 웨어러블 하우징의 디지트 세그먼트의 적어도 하나에 고정되는 웨어러블 디바이스. - 제 16 항에 있어서,
상기 액추에이터는 상기 명령 신호에 응답하여 변형 가능한 스마트 소재를 포함하는 웨어러블 디바이스. - 제 17 항에 있어서,
상기 액추에이터는 상기 착용자의 손가락의 손바닥 쪽에 접촉하도록 구성된 적어도 하나의 손가락 세그먼트의 일부분에 고정되는 웨어러블 디바이스. - 제 17 항에 있어서,
상기 액추에이터는 상기 액추에이터가 상기 착용자의 손가락을 감싸도록 적어도 하나의 디지트 세그먼트에 고정되는 웨어러블 디바이스. - 제 15 항에 있어서,
상기 웨어러블 하우징은 손의 두 디지트에만 착용되도록 구성되며, 상기 제1 디지트 세그먼트는 상기 손의 손가락에 부합하도록 구성되고, 상기 제2 디지트 세그먼트는 상기 손의 엄지 손가락에 부합하도록 구성되는 웨어러블 디바이스.
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