KR20240053998A - 촉각 재현 장치 및 이의 구동 방법 - Google Patents

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Abstract

본 개시의 일 실시 예에 따른 촉각을 재현하는 방법은, 이미지 센서, 소정 간격 이격된 복수의 미세전극들로 구성된 전기자극모듈 및 프로세서를 포함하는 촉각 재현 장치에 기초하여 전기 촉각을 재현하는 방법에 있어서, 상기 이미지 센서로부터 획득한 지문 이미지에 기반하여 제1 손가락을 확인하는 단계, 상기 제1 손가락의 지문에 대응하여 자극을 가하도록 결정된 자극 위치 정보를 포함하는 제1 자극 맵을 확인하는 단계, 상기 제1 자극 맵에 기반하여 상기 복수의 미세전극들 중 상기 제1 손가락에 자극을 가할 복수의 제1 자극 전극들을 결정하는 단계, 및 상기 복수의 제1 자극 전극들에 자극 인가용 전기 신호를 인가하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

촉각 재현 장치 및 이의 구동 방법{APPARATUS AND METHOD FOR REPRODUCING TACTILE}
본 개시는 촉각 재현 장치 및 이의 구동 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전극 자극을 통해 사용자의 신체 위치에 무관하게 정확한 촉감을 재현하는 촉각 재현 장치 및 방법에 관한 것이다.
스마트 폰을 비롯한 정보통신기술이 발전할수록 인터페이스에 대한 감각 피드백의 중요성이 커지고 있다. 기존 사람과 관련된 감각 재현기술은 대부분 시각과 청각 위주로 발전했지만, 최근에는 촉감재현 기술에 대한 수요가 증가하는 추세이다.
촉감재현 기술은 인공적인 촉감을 만들어내는 기술로 감각의 종류에 따라 크게 두 가지로 나뉜다. 첫 번째는 근육과 관절에 위치 정보와 힘을 전달하는 역감 재현(force feedback)이다. 두 번째는 물체의 미세한 표면구조(texture)와 진동을 피부로 전달하는 진동 촉감 재현(vibrotactile feedback)이다. 이러한 촉감의 재현을 위해서는 구동기에서 만들어지는 힘, 움직임, 진동 등 기계적 자극이 사용자의 신체에 전달되어야 한다.
햅틱 기술이라고도 불리는 촉감 재현 기술은 콘텐츠의 효과를 증폭시키거나 시청각을 사용할 수 없는 환경에서 정보를 전달하기 위해 개발되었다. 아울러, 최근 VR(가상현실), AR(증강현실), MR(혼합현실) 등에서 활발하게 접목되고 있다.
촉감 재현 기술은 가상물체와 상호작용을 직접적으로 표현하여 몰입감과 작업 성능을 업그레이드 할 수 있다. 먼저, 온라인 쇼핑에서 그 동안 최대 단점으로 여겨져 왔던 것들이 가능해질 수 있다. 즉, 제품을 미리 만져볼 수 있게 되어, 온라인 쇼핑에 촉감재현 기술이 널리 쓰일 수 있다.
종래의 촉감 재현 기술은 주로 사용자에게 촉감을 재현하기 위한 자극의 종류에만 집중하고 있고, 촉감 재현 장치에 접촉한 사용자의 신체 위치, 특히 재현된 촉감을 잘 느낄 수 있는 신체 위치를 특정하는 기술은 전무한 실정이다.
선행기술 1: 한국등록특허 제10-1888609호(2016.05.16. 공개)
본 개시의 일 실시 예는 미세전극을 통해 사용자가 촉감을 잘 느끼는 촉각 수용체 또는 촉각 수용체가 다수 분포한 부위에 선택적으로 전극 자극을 가하고, 접촉된 사용자 신체의 위치가 변화되는 경우에도 이를 고려하여 자극함으로써, 섬세하고 미세한 촉감을 재현하는 촉각 재현 장치 및 방법을 제공한다.
본 개시의 일 실시 예에 따른 촉각 재현 방법은 이미지 센서, 소정 간격 이격된 복수의 미세전극들로 구성된 전기자극모듈 및 프로세서를 포함하는 촉각 재현 장치에 기초하여 전기 촉각을 재현하는 방법에 있어서, 상기 이미지 센서로부터 획득한 지문 이미지에 기반하여 제1 손가락을 확인하는 단계; 상기 제1 손가락의 지문에 대응하여 자극을 가하도록 결정된 자극 위치 정보를 포함하는 제1 자극 맵을 확인하는 단계; 상기 제1 자극 맵에 기반하여 상기 복수의 미세전극들 중 상기 제1 손가락에 자극을 가할 복수의 제1 자극 전극들을 결정하는 단계; 및 상기 복수의 제1 자극 전극들에 자극 인가용 전기 신호를 인가하는 단계를 포함할 수 있다.
본 개시의 다른 실시 예에 따른 촉각 재현 장치는 제 1 기판; 상기 제1 기판 하부에 구비되어, 상기 제1 기판에 접촉한 지문을 획득하는 이미지 센서; 소정 간격 이격된 복수의 미세전극들로 구성되고, 상기 복수의 미세전극들의 적어도 일부를 통해 상기 제1 기판에 접촉한 손가락에 자극을 인가하는 전기자극모듈; 제1 손가락의 지문에 대응하여 자극을 가하도록 결정된 자극 위치 정보를 포함하는 제1 자극 맵을 저장하는 메모리; 및 상기 이미지 센서로부터 획득한 지문에 기반하여 상기 제1 손가락을 확인하는 동작, 상기 제1 자극 맵에 기반하여 상기 복수의 미세전극들 중 상기 제1 손가락에 자극을 가할 복수의 제1 자극 전극들을 결정하는 동작, 및 상기 복수의 제1 자극 전극들에 자극 인가용 전기 신호를 인가하는 동작을 실행하는 프로세서를 포함할 수 있다.
본 개시의 다른 일 측면은, 컴퓨터 프로그램을 저장하고 있는 컴퓨터 판독 가능 기록매체로서, 상기 컴퓨터 프로그램은, 이미지 센서, 소정 간격 이격된 복수의 미세전극들로 구성된 전기자극모듈 및 프로세서를 포함하는 촉각 재현 장치에 기초하여 전기 촉각을 재현하는 방법에 있어서, 상기 이미지 센서로부터 획득한 지문 이미지에 기반하여 제1 손가락을 확인하는 단계; 상기 제1 손가락의 지문에 대응하여 자극을 가하도록 결정된 자극 위치 정보를 포함하는 제1 자극 맵을 확인하는 단계; 상기 제1 자극 맵에 기반하여 상기 복수의 미세전극들 중 상기 제1 손가락에 자극을 가할 복수의 제1 자극 전극들을 결정하는 단계; 및 상기 복수의 제1 자극 전극들에 자극 인가용 전기 신호를 인가하는 단계를 포함하는 방법을 프로세서가 수행하도록 하기 위한 명령어를 포함하는, 컴퓨터 판독 가능한 기록매체일 수 있다.
본 개시의 또 다른 일측면은, 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 저장되어 있는 컴퓨터 프로그램으로서, 상기 컴퓨터 프로그램은, 프로세서에 의해 실행되면, 이미지 센서, 소정 간격 이격된 복수의 미세전극들로 구성된 전기자극모듈 및 프로세서를 포함하는 촉각 재현 장치에 기초하여 전기 촉각을 재현하는 방법에 있어서, 상기 이미지 센서로부터 획득한 지문 이미지에 기반하여 제1 손가락을 확인하는 단계; 상기 제1 손가락의 지문에 대응하여 자극을 가하도록 결정된 자극 위치 정보를 포함하는 제1 자극 맵을 확인하는 단계; 상기 제1 자극 맵에 기반하여 상기 복수의 미세전극들 중 상기 제1 손가락에 자극을 가할 복수의 제1 자극 전극들을 결정하는 단계; 및 상기 복수의 제1 자극 전극들에 자극 인가용 전기 신호를 인가하는 단계를 포함하는 방법을 상기 프로세서가 수행하도록 하기 위한 명령어를 포함하는, 컴퓨터 프로그램일 수 있다.
본 개시의 실시 예에 따른 촉각 재현 장치 및 방법은 사용자에게 가상의 촉각 신호를 제공할 수 있다. 즉, 사용자 피부에 전극 자극을 가하여 사용자의 촉각 수용체가 분포된 위치를 자극함으로써, 실제 물체를 만졌을 때와 유사한 전기 신호를 뇌에 전달할 수 있다. 따라서, 기존의 촉감 재현 방식에 비해 촉감 전달 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 개시의 실시 예에 따른 촉각 재현 장치 및 방법은 사용자 반응이 상대적으로 높은 촉각 수용체 또는 촉각 수용체가 다수 분포한 부위를 파악하여 자극함으로써, 섬세하고 미세하게 실제와 비슷한 촉감 재현이 가능하다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 촉각 재현 장치의 개략적인 구성을 도시하는 블록도이다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 촉각 재현 장치의 개략적인 사시도이다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 복수의 미세전극에 연결된 전기 배선부의 예시도이다.
도 4는 본 개시의 일 실시 예에 따른 미세전극을 형성한은 일 예를 도시하는 단면도이다.
도 5는 본 개시의 일 실시 예에 따른 프로세서의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른 지문 등록 및 자극 맵 생성 모습의 일 예를 도시한다.
도 7은 본 개시의 일 실시 예에 따른 지문 등록 및 자극 맵 생성 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 8은 본 개시의 일 실시 예에 따른 촉각 재현 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 개시의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
도 1 및 도 2를 참조하여 본 개시의 일 실시 예에 따른 촉각 재현 장치를 구동하기 위한 환경을 설명한다.
도 1을 참조하면, 촉각 재현 장치(10)의 기능 블록들은 선택적으로 다양한 기술된 실시 예들의 원리들을 실행하기 위한 하드웨어, 소프트웨어, 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합에 의해 구현된다.
다양한 기술된 실시 예들의 원리들을 구현하기 위해 도 1에서 기술된 기능 블록들이 선택적으로 조합되거나 서브블록들로 분리될 수 있음이 당업자에 의해 이해된다. 따라서, 본 명세서의 설명은 선택적으로, 본 명세서에 기술된 기능 블록들의 임의의 가능성 있는 조합 또는 분리 또는 추가 정의를 지원한다.
촉각 재현 장치(10)는 이동성을 갖거나 고정될 수 있으며, 서버(server) 또는 엔진(engine) 형태일 수 있으며, 디바이스(device), 기구(apparatus), 단말(terminal), UE(User equipment), MS(Mobile station), 무선기기(wireless device), 휴대기기(handheld device), 의료 디바이스, 웨어러블 디바이스, 게임 기기 등의 형태로 구비될 수 있다. 웨어러블 디바이스들은 예를 들어 의류, 장갑, 모자, 재킷, 안경, 헤드폰, 이어버드, 신발, 헬멧 등을 포함할 수 있다.
촉각 재현 장치(10)는 전기자극모듈(100), 이미지 센서(200), 메모리(300) 및 프로세서(400)를 포함한다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 전기자극모듈(100)은 상부 기판(110), 하부 기판(120), 복수의 미세전극(140) 및 전기 배선부(150)를 포함할 수 있다.
전기자극모듈(100)은 전기 신호를 발생시키는 모듈이다. 전기자극모듈(100)은 사용자의 촉각 수용체가 다수 분포된 부위를 자극하기 위한 전기 자극을 발생시킬 수 있다. 구체적으로, 전기자극모듈(100)은 전기자극모듈(100)에 접촉된 사용자의 피부에 전류를 인가함으로써, 사용자의 촉각 수용체를 자극할 수 있고, 이로부터 발생된 전기신호가 사용자의 뇌에 전달됨으로써, 촉각을 구현할 수 있다. 즉, 전기자극모듈(100)은 사용자의 피부에 전기자극을 가하여 인공적인 촉감을 전달할 수 있다.
상부 기판(110)은 하부에 구비된 이미지 센서(200)가 상부 기판(110)에 접촉된 손가락의 지문을 인식 가능하도록 지문을 투사시킬 정도의 투명도를 가질 수 있다.
일 예로, 상부 기판(110)은 투명 폴리이미드 기판이나 유리 기판 등으로 구비될 수 있다.
복수의 미세전극(140)은 상부 기판(110)에 구비되고, 사람의 손가락 한 마디 크기 내로 구현될 수 있다. 일 실시예로, 복수의 미세전극(140)은 일반적인 사람의 손가락 하나의 지문 부위에 해당하는 면적 내에 복수 개가 이격되어 배치될 정도의 크기로 구비될 수 있다. 다른 실시 예로, 복수의 미세전극(140)은 신체의 다른 부위를 자극하기 위한 용도로 다른 면적에 다양한 사이즈로 구비될 수도 있다.
복수의 미세전극(140)은 도시된 바와 같이 동일하게 치수화되고 등거리로 이격될 수 있으며, 일 예로 매트릭스 어레이로 배열될 수 있고, 미세전극 모양의 예들은 정사각형, 직사각형, 원형, 삼각형 등을 포함할 수 있다.
복수의 미세전극(140)은 상부 기판(110)의 적어도 일부를 투과하여 돌출된 형태로 구비될 수 있다. 또는, 복수의 미세전극(140)은 상부 기판(110)의 상면과 평면을 이루도록 상부 기판(110)의 적어도 일부에 형성된 관통 홀에 끼움 구조로 구비되거나, 상부 기판(110)과 일체형 구조로 구비되거나, 압력에 의해 눌리면 상부 기판(110)과 상면이 평면을 이루는 버튼 구조로 구비될 수도 있으며, 구비 형태나 구조에 대해 이에 한정하지 않는다.
그리고, 복수의 미세전극(140)은 상부 기판(110)과 마찬가지로 상부 기판(110)에 접촉된 손가락의 지문을 투사시킬 정도의 투명도를 가진 물질로 구비될 수 있다.
일 예로, 복수의 미세전극(140)은 투명 전도성 물질로 구비될 수 있다. 투명 전도성 물질은 예를 들어, ITO(Indium Tin Oxide), IGO(Indium Gallium Oxide), ZnO(Zinc oxide), 그래핀(Graphene), 은나노 와이어(Silver Nanowire), CNT(Carbon Nanotube), 20nm 미만의 초박막금속 중 적어도 하나일 수 있다.
이미지 센서(200)는 하부 기판(120)에 구비되어 상부 기판(110)에 접촉한 손가락의 지문 이미지를 획득할 수 있다.
이미지 센서(200)는 카메라 모듈 또는 초음파 모듈로 구비될 수 있고, 선택적으로 정지 이미지를 획득하거나 영상을 캡처할 수 있다. 일 실시예로, 이미지 센서(200)는 상부 기판(110)의 배면에 위치한 하부 기판(120) 상에 구비되어, 상부 기판(110) 및 복수의 미세전극(140) 중 적어도 일부에 접촉한 지문의 융선을 포함하는 이미지를 획득할 수 있다.
전기 배선부(150)는 프로세서(400)에 의해 제어되어 복수의 미세전극(140)을 미세전극 별로 활성화/비활성화시킬 수 있다.
이를 위해, 전기 배선부(150)는 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이 전원으로부터 복수의 미세전극마다 독립적으로 연결된 개별 배선(152)으로 구비될 수 있다. 또는, 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이 복수의 미세전극(140)의 배치에 따라 전기 배선부(150)의 연결이 매트릭스 어레이(154)로 구비될 수 있다. 이때, 전기 배선부(150)는 트랜지스터(TFT) 또는 다이오드 등을 이용한 스위치(156)를 포함할 수 있으며, 스위치에 의해 전원 공급이 제어될 수 있다.
도 4를 참조하면, 본 개시의 일 실시 예에 따른 복수의 미세전극(140)은 전도성이 있는 물질의 박막 또는 후막으로 구성될 수 있다.
복수의 미세전극(140)은 전도성과 함께 지문 투사를 위해 투명도를 갖는 물질로 구성될 수 있다. 이를 위해, 복수의 미세전극(140)은 ITO(Indium Tin Oxide), IGO(Indium Gallium Oxide), ZnO(Zinc oxide), 그래핀(Graphene), 은나노 와이어(Silver Nanowire), CNT(Carbon Nanotube) 중 적어도 하나로 구비될 수 있고, 20nm 미만의 초박막금속 중 적어도 하나일 수 있다.
아울러, 일 실시예에서, 도 4(a)에 도시된 바와 같이 복수의 미세전극(140)은 피부와의 접촉 저항을 줄이기 위해 기본 전극 위에 나노 입자를 형성하여 표면적을 증가시킬 수 있다. 나노 입자의 전도성이 충분하지 않으면 나노 입자 위에 전도성 물질을 형성할 수 있다. 전도성 물질로 형성된 전도성 막은 나노 입자를 따라 도포됨으로써, 표면적을 증가시킬 수 있다.
다른 실시예에서, 도 4(b)에 도시된 바와 같이, 피부와의 접촉 저항을 줄이기 위해 기본 전극 위에 나노 와이어 또는 나노 튜브를 형성하여 표면적을 증가시킬 수 있다. 또한, 전도성 증가를 위해 나노 와이어 또는 나노 튜브 위에 전도성 물질을 형성할 수 있다.
도 5를 참조하면, 본 개시의 일 실시 예에 따른 촉각 재현 장치의 프로세서(400)는 지문 및 지문 맵 등록부(410), 지문 확인부(420) 및 전기자극 인가부(430)를 포함할 수 있다.
프로세서(400)는 장치(100)에 대한 다양한 기능들을 수행하기 위해 그리고 데이터를 프로세싱하기 위해 메모리(300)에 저장된 다양한 소프트웨어 프로그램들 및/또는 명령어들의 세트들을 구동하거나 실행한다.
지문 및 지문 맵 등록부(410)는 초기 셋팅 단계에서 전기자극모듈(100)에 접촉된 손가락의 지문 이미지를 이미지 센서(200)를 통해 획득하고, 획득된 지문 이미지를 제1 손가락 지문으로 등록할 수 있다. 이때, 도 6의 (a)와 같이 제1 손가락과 미세전극 위치를 메모리(300)에 기록할 수 있다.
이어, 지문 및 지문 맵 등록부(410)는 도 6의 (b)와 같이 복수의 미세전극들을 순차적으로 활성화시키며 제1 손가락의 서로 다른 위치 별로 시험 자극을 인가하고, 도 6의 (c)와 같이 시험 자극이 인가된 위치마다 사용자가 느끼는 감각의 정도(자극 세기)에 기초하여 자극 위치 정보를 설정할 수 있다.
여기서, 복수의 미세전극들을 순차적으로 활성화시키는 순서, 방향 및 패턴은 제조사의 설계에 의해 설정될 수 있고, 이후 촉각 재현 장치를 이용하고자 하는 사용자의 설정에 의해 변경될 수도 있다.
예를 들어, 좌측에서 우측으로 향하는 방향 및 상측에서 하측으로 향하는 방향으로 미세전극들을 순차적으로 활성화시켜 각 미세전극에 대면하는 피부에 전기 자극을 가할 수 있다.
이어, 지문 및 지문 맵 등록부(410)는 자극 위치 정보와 기 설정된 간격 이내에 해당하는 미세전극을 기반으로 제1 자극 맵을 생성하여 저장할 수 있다.
제1 자극 맵은 상기 손가락의 서로 다른 위치 별로 인가된 자극에 대해 사용자의 반응을 기반으로 생성될 수 있다.
즉, 제1 자극 맵은 사용자의 반응이 기 설정된 임계치 이상인 상기 시험 자극에 대응하는 자극 위치 정보에 기반하여 설정될 수 있다.
예를 들어, 시험 자극이 인가된 위치마다 사용자가 느끼는 감각의 정도를 설문에 대한 응답이나 체온의 변화, 뇌파 변화, 심장 박동수 변화, 동공 확장 정도 등으로 조사된 신체 증상 중 적어도 하나에 기초하여 수치화할 수 있다. 이어, 수치화된 감각의 정도가 기 설정된 임계치 이상인 경우, 해당하는 자극 위치 정보에 대응하는 자극 전극을 제1 자극 맵에 포함시킬 수 있다.
일 실시예로, 제1 자극 맵은 지문의 융선과 정합된 복수의 미세전극 위치를 기반으로 임계치 이상의 사용자 반응을 갖는 위치에 해당하는 미세전극 위치만 수집되어 생성될 수 있다.
복수의 미세전극들을 순차적으로 활성화시키며 임계치 이상의 반응이 발생하는 부위를 검출하기 때문에, 서로 다른 부위에 대응하는 적어도 하나 이상의 자극 전극 위치를 수집하여 제1 자극 맵을 생성하여 메모리에 저장할 수 있다. 여기서, 임계치 이상의 반응이 발생하는 부위는 신체의 촉각 수용체에 가깝다고 볼 수 있다.
제1 자극 맵이 생성된 이후, 전기자극모듈(100)에 제1 손가락으로 확인되는 손가락이 접촉되면 도 6의 (d)와 같이 제1 자극 맵에 기초하여, 자극 위치 정보와 기 설정된 간격 이내에 해당하는 미세전극을 활성화하여 자극을 가할 수 있다.
지문 확인부(420)는 초기 셋팅 단계 이후, 이미지 센서(200)를 통해 전기자극모듈(100) 상의 손가락 접촉을 검출하고, 접촉된 손가락의 지문 모양이 메모리(300)에 저장된 제1 손가락 지문과 동일 대응하는지 여부를 판정할 수 있다.
일 예로, 지문 확인부(420)는 전기자극모듈(100)에 접촉된 손가락의 지문 모양이 제1 손가락 지문과 동일한 경우, 접촉된 손가락이 제1 손가락인 것으로 판단하고, 반대로 접촉된 손가락의 지문 모양이 제1 손가락 지문과 동일하지 않은 경우, 접촉된 손가락이 제1 손가락이 아닌 것으로 판단할 수 있다.
그리고, 지문 확인부(420)는 전기자극모듈(100)에 접촉된 손가락이 제1 손가락인지 확인한 이후, 전기자극모듈(100)에 대한 제1 손가락 모양의 변동이나 위치의 변동을 검출할 수 있다.
일 실시 예로, 이미지 센서(200)에서 획득된 지문 이미지에서 제1 손가락의 융선의 변화 등에 기반하여 촉감 재현 장치에 접촉한 사용자의 제1 손가락의 위치 변화 및 그 정도를 결정할 수 있다.
전기자극 인가부(430)는 전기자극모듈(100)에 접촉한 제1 손가락에 자극을 가하도록 제1 지문 맵에 기반하여 복수의 미세전극들 중 제1 손가락에 자극을 가할 복수의 제1 자극 전극들을 결정하고, 복수의 제1 자극 전극들에 자극 인가용 전기 신호를 인가할 수 있다.
또한, 전기자극 인가부(430)는 지문 확인부(420)에서 제1 손가락 모양의 변동이나 위치의 변동을 감지한 경우, 제1 자극 전극들을 다시 결정할 수 있다.
메모리(300)는 고속 랜덤 액세스 메모리일 수 있고, 선택적으로 하나 이상의 플래시 메모리 디바이스, 또는 다른 비휘발성 솔리드 스테이트 메모리와 같은 비휘발성 메모리를 포함할 수 있다.
메모리(300)는 프로세스(400)의 실행 중에 발생하는 데이터를 저장할 수 있고, 일 예로 지문 등록부(410)에 의해 발생된 제1 손가락 지문을 등록할 수 있으며, 등록 시간을 자동으로 함께 저장할 수 있고, 설계자 설정 또는 사용자 선택에 의해 사용자 정보도 함께 저장할 수 있다.
도 7을 참조하여 촉각 재현을 실행하기 전의 초기 셋팅 방법을 설명한다.
도 7을 참조하면, 먼저 촉각 재현 방법을 실행하기 전의 초기 셋팅 단계로서, 제1 손가락의 지문을 등록할 수 있다(S11).
이어서, 복수의 미세전극들을 순차적으로 활성화시켜 상기 제1 손가락의 서로 다른 위치 별로 시험 자극을 인가하고(S12), 상기 시험 자극이 인가된 위치마다 사용자가 느끼는 감각의 정도를 판별하고(S13), 감각의 정도에 기초하여 상기 제1 자극 맵을 생성하여 저장할 수 있다(S14).
여기서, 복수의 미세전극들을 순차적으로 활성화시키는 순서나 방향은 제조사의 설계에 의해 설정될 수 있고, 이후 촉각 재현 장치를 이용하고자 하는 사용자의 설정에 의해 변경될 수도 있다.
예를 들어, 좌측에서 우측으로 향하는 방향 및 상측에서 하측으로 향하는 방향으로 미세전극들을 순차적으로 활성화시켜 각 미세전극에 대면하는 피부에 전기 자극을 가할 수 있다.
여기서, 제1 자극 맵은 상기 손가락의 서로 다른 위치 별로 인가된 자극에 대해 사용자의 반응을 기반으로 생성될 수 있다.
즉, 제1 자극 맵은 사용자의 반응이 기 설정된 임계치 이상인 상기 시험 자극에 대응하는 자극 전극의 위치에 기반하여 설정될 수 있다.
예를 들어, 상기 시험 자극이 인가된 위치마다 사용자가 느끼는 감각의 정도를 설문에 대한 응답이나 체온의 변화, 뇌파 변화, 심장 박동수 변화, 동공 확장 정도 등으로 조사된 신체 증상 중 적어도 하나에 기초하여 수치화할 수 있다. 이어, 수치화된 감각의 정도가 기 설정된 임계치 이상인 경우, 해당하는 시험 자극에 대응하는 자극 전극을 제1 자극 맵에 포함시킬 수 있다.
이때, 복수의 미세전극들을 순차적으로 활성화시키며 임계치 이상의 자극을 느끼는 부위를 검출하기 때문에, 서로 다른 부위에 대응하는 적어도 하나 이상의 자극 전극 위치를 수집하여 제1 자극 맵을 생성하여 메모리에 저장할 수 있다.
이하, 도 8을 참조하여 본 개시의 일 실시 예에 따른 촉각 재현 방법을 설명한다.
본 실시예에 따른 촉각 재현 방법은, 도 1의 장치(10)와 실질적으로 동일한 구성에서 진행될 수 있다. 따라서, 도 1의 장치(10)와 동일한 구성요소는 동일한 도면부호를 부여하고, 반복되는 설명은 생략한다.
또한, 본 실시예에 따른 촉각 재현 방법은 촉각 재현 방법을 수행하기 위한 소프트웨어(어플리케이션)에 의해 실행될 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따른 촉각 재현 방법은 먼저, 이미지 센서로부터 획득한 지문 이미지에 기반하여 제1 손가락을 확인할 수 있다(S110).
이에 S110 단계에서, 등록된 상기 제1 손가락의 지문과 이미지 센서로부터 획득한 지문을 비교한 결과에 기반하여 제1 손가락의 등록 여부를 확인할 수 있다.
예를 들어, S110 단계에서 이미지 센서로부터 획득한 지문 이미지와 미리 등록된 제1 손가락의 지문이 일치하지 않는 것으로 확인된 경우, 사용자에게 손가락 접촉을 다시 수행하도록 알림 할 수 있다.
다음으로, 상기 제1 손가락의 지문에 대응하여 자극을 가하도록 결정된 자극 위치 정보를 포함하는 제1 자극 맵을 확인할 수 있다(S120).
즉, 이미지 센서로부터 획득한 지문 이미지가 미리 저장된 제1 손가락의 지문과 동일한 경우, 제1 자극 맵을 메모리로부터 검출하여 확인할 수 있다.
다음으로, 상기 제1 자극 맵에 기반하여 상기 복수의 미세전극들 중 상기 제1 손가락에 자극을 가할 복수의 제1 자극 전극을 결정할 수 있다(S130).
이를 위해, 상기 제1 손가락에 대응하는 상기 자극 위치 정보와 기 설정된 간격 이내에 해당하는 미세전극을 상기 제1 자극 전극으로 결정할 수 있다.
즉, 복수의 미세전극 중 상기 제1 손가락에 대응하는 상기 자극 위치 정보로부터 기 설정된 간격 이내에 해당하는 미세전극만 선택적으로 제1 자극 전극으로 결정할 수 있다.
그리고, 제1 손가락의 위치 변경 및 모양 변경 중 적어도 하나의 변화에 따라 복수의 제1 자극 전극을 다시 결정할 수 있다.
이를 위해, 이미지 센서를 통해 상기 제1 손가락의 위치 변경 및 모양 변경 중 적어도 하나의 변동을 감지하는 단계, 상기 감지된 변동에 기반하여, 상기 제1 손가락에 대응하는 상기 자극 위치 정보와 기 설정된 간격 이내에 해당하는 미세 전극을 상기 제1 자극 전극으로 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
다음으로, 상기 복수의 제1 자극 전극들에 자극 인가용 전기 신호를 인가할 수 있다(S140).
즉, 복수의 제1 자극 전극들에 연결된 전기 배선부를 통해 전원으로부터 공급된 자극 인가용 전기 신호를 인가할 수 있다.
이때, 전기 배선부가 전원으로부터 복수의 미세전극마다 독립적으로 연결된 개별 배선인 경우, 제1 자극 전극들에 연결된 배선들에 자극 인가용 전기 신호를 인가할 수 있다. 또는, 전기 배선부에 스위치가 포함되어 매트릭스 어레이로 구비된 경우, 제1 자극 전극들에 연결된 스위치만 턴온되어 자극 인가용 전기 신호가 인가될 수 있다.
기존의 촉감 구현 기술은 촉각 수용체(receptor)에 상관없이 피부에 전기 신호를 가하였다면, 본 개시의 일 실시 예에 따른 촉각 재현 장치는 사용자 반응이 상대적으로 높은 촉각 수용체 또는 촉각 수용체가 다수 분포한 부위에 선택적으로 전극 자극을 가할 수 있게 되어, 더욱 섬세하고 미세한 촉감 재현이 가능하다.
전술한 본 개시의 일 실시 예에 따른 촉각 재현 장치는 다양한 제품에 적용될 수 있다.
예를 들어, 인터넷에서 옷을 살 때 사진을 아무리 보아도 옷이 어떤 재질인지 분명하게 알지 못하는데, 판매자가 촉감 신호를 전자 디바이스를 통해 소비자에게 촉감 재현 장치로 재현해줌으로써, 사용자는 옷의 재질을 간접적으로 느껴볼 수 있게 된다.
또한, 원격 수술에서도 촉감 재현 장치가 활용될 수 있다. 의사가 로봇 팔을 원격으로 조종하여 수술하는 다빈치라는 방식은, 로봇의 손이 환자의 장기에 닿거나 혈관을 절개할 때 의사에게 촉각적인 피드백을 전달하지 못하는 단점이 있다. 예로, 의사는 혈관을 잘랐는지 아닌지는 눈으로만 확인할 수 밖에 없고, 이 때문에 수술에 대한 감이나 확신이 떨어질 수 밖에 없었다. 이러한 다빈치 방식에 본 개시의 일 실시 예에 따른 촉각 재현 장치를 도입하여 촉각 피드백을 제공하게 되면 수술 로봇을 조종하는 의사는 좀더 직관을 가지고 수술에 임할 수 있게 된다.
아울러 수련하는 의사들이 거의 경험해볼 수 없었던 희소병 환자 수술에도 촉감 재현 기술이 적용될 수 있다. 그 동안 의사들이 희귀성 질환자를 직접 수술할 수 없어 참관하거나 보면서 연습했다면, 이제는 촉감 재현 시뮬레이터를 통해 수술 연습도 보다 쉽고 실제처럼 실행할 수 있다.
또 다른 분야인 홀로그램 분야에서, 향후 디스플레이를 착용하지 않고 홀로그램으로 입체를 볼 수 있게 된다면, 촉감 재현 장치를 이에 적용하여 실제 이미지가 있는 것처럼 실감나게 느껴지도록 재현도 가능하다. 즉, 홀로그램에 손을 갖다 댔을 때 허공이 아닌 실제 홀로그램이 존재하는 것처럼 촉각을 재현해줄 수 있다.
아울러, 촉각 재현 장치는 시각장애인이 겪는 정보전달의 한계를 극복하는데 기여할 수 있다. 점자책의 공급은 부족하고, 정보를 자세히 표현하기도 어렵다. 특히 그림이나 그래프는 점자로는 설명이 아직도 쉽지 않기 때문에, 이런 부분에서 촉감 재현 장치가 기여할 수 있는 부분이 크다.
말 그대로, 촉감 재현 기술은 다양한 산업과 서비스를 아우르며, 엔터테인먼트 부분은 물론 복지 분야에 기여할 수 있다.
전술한 본 개시는, 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체의 예로는, HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Disk), SDD(Silicon Disk Drive), ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있다. 또한, 상기 컴퓨터는 각 장치의 프로세서를 포함할 수도 있다.
한편, 상기 프로그램은 본 개시를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것이거나 컴퓨터 소프트웨어 분야의 통상의 기술자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수 있다. 프로그램의 예에는, 컴파일러에 의하여 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용하여 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드도 포함될 수 있다.
본 개시의 명세서(특히 특허청구범위에서)에서 "상기"의 용어 및 이와 유사한 지시 용어의 사용은 단수 및 복수 모두에 해당하는 것일 수 있다. 또한, 본 개시에서 범위(range)를 기재한 경우 상기 범위에 속하는 개별적인 값을 적용한 발명을 포함하는 것으로서(이에 반하는 기재가 없다면), 발명의 상세한 설명에 상기 범위를 구성하는 각 개별적인 값을 기재한 것과 같다.
본 개시에 따른 방법을 구성하는 단계들에 대하여 명백하게 순서를 기재하거나 반하는 기재가 없다면, 상기 단계들은 적당한 순서로 행해질 수 있다. 반드시 상기 단계들의 기재 순서에 따라 본 개시가 한정되는 것은 아니다. 본 개시에서 모든 예들 또는 예시적인 용어(예들 들어, 등등)의 사용은 단순히 본 개시를 상세히 설명하기 위한 것으로서 특허청구범위에 의해 한정되지 않는 이상 상기 예들 또는 예시적인 용어로 인해 본 개시의 범위가 한정되는 것은 아니다. 또한, 통상의 기술자는 다양한 수정, 조합 및 변경이 부가된 특허청구범위 또는 그 균등물의 범주 내에서 설계 조건 및 인자(factor)에 따라 구성될 수 있음을 알 수 있다.
따라서, 본 개시의 사상은 상기 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 또는 이로부터 등가적으로 변경된 모든 범위는 본 개시의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
10: 장치
100: 전기 자극 모듈
200: 이미지 센서
300: 메모리
400: 프로세서

Claims (19)

  1. 이미지 센서, 소정 간격 이격된 복수의 미세전극들로 구성된 전기자극모듈 및 프로세서를 포함하는 촉각 재현 장치에 기초하여 전기 촉각을 재현하는 방법에 있어서,
    상기 이미지 센서로부터 획득한 지문 이미지에 기반하여 제1 손가락을 확인하는 단계;
    상기 제1 손가락의 지문에 대응하여 자극을 가하도록 결정된 자극 위치 정보를 포함하는 제1 자극 맵을 확인하는 단계;
    상기 제1 자극 맵에 기반하여 상기 복수의 미세전극들 중 상기 제1 손가락에 자극을 가할 복수의 제1 자극 전극들을 결정하는 단계; 및
    상기 복수의 제1 자극 전극들에 자극 인가용 전기 신호를 인가하는 단계를 포함하는,
    촉각을 재현하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 자극 맵을 확인하는 단계 이전에,
    상기 제1 손가락의 지문을 등록하는 단계;
    상기 복수의 미세전극들을 순차적으로 활성화시켜 상기 제1 손가락의 서로 다른 위치 별로 시험 자극을 인가하는 단계; 및
    상기 시험 자극이 인가된 위치마다 사용자가 느끼는 감각의 정도에 기초하여 상기 제1 자극 맵을 생성하여 저장하는 단계를 더 포함하는,
    촉각을 재현하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 자극 맵은,
    상기 손가락의 서로 다른 위치 별로 인가된 자극에 대해 상기 사용자의 반응을 기반으로 생성되는,
    촉각을 재현하는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1 자극 맵은,
    상기 사용자의 반응이 기 설정된 임계치 이상인 상기 시험 자극에 대응하는 자극 전극의 위치에 기반하는,
    촉각을 재현하는 방법.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 이미지 센서로부터 획득한 지문에 기반하여 상기 제1 손가락을 확인하는 단계는,
    등록된 상기 제1 손가락의 지문과 상기 제1 손가락을 비교한 결과에 기반하여 상기 제1 손가락의 등록 여부를 확인하는 단계를 포함하는,
    촉각을 재현하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 자극 맵에 기반하여 상기 복수의 미세전극들 중 상기 제1 손가락에 자극을 가할 복수의 제1 자극 전극들을 결정하는 단계는,
    상기 제1 손가락에 대응하는 상기 자극 위치 정보와 기 설정된 간격 이내에 해당하는 미세전극을 상기 제1 자극 전극으로 결정하는 단계를 포함하는,
    촉각을 재현하는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제1 손가락에 대응하는 상기 자극 위치 정보와 기 설정된 간격 이내에 해당하는 미세전극을 상기 제1 자극 전극으로 결정하는 단계는,
    상기 이미지 센서를 통해 상기 제1 손가락의 위치 변경 및 모양 변경 중 적어도 하나의 변동을 감지하는 단계; 및
    상기 감지된 변동에 기반하여, 상기 제1 손가락에 대응하는 상기 자극 위치 정보와 기 설정된 간격 이내에 해당하는 미세 전극을 상기 제1 자극 전극으로 결정하는 단계를 포함하는,
    촉각을 재현하는 방법.
  8. 제 1 기판;
    상기 제1 기판 하부에 구비되어, 상기 제1 기판에 접촉한 지문을 획득하는 이미지 센서;
    소정 간격 이격된 복수의 미세전극들로 구성되고, 상기 복수의 미세전극들의 적어도 일부를 통해 상기 제1 기판에 접촉한 손가락에 자극을 인가하는 전기자극모듈;
    제1 손가락의 지문에 대응하여 자극을 가하도록 결정된 자극 위치 정보를 포함하는 제1 자극 맵을 저장하는 메모리; 및
    상기 이미지 센서로부터 획득한 지문에 기반하여 상기 제1 손가락을 확인하는 동작, 상기 제1 자극 맵에 기반하여 상기 복수의 미세전극들 중 상기 제1 손가락에 자극을 가할 복수의 제1 자극 전극들을 결정하는 동작, 및 상기 복수의 제1 자극 전극들에 자극 인가용 전기 신호를 인가하는 동작을 실행하는 프로세서를 포함하는,
    촉각 재현 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 전기자극모듈은,
    상기 복수의 미세전극마다 개별 배선을 갖거나 트랜지스터를 갖는 매트릭스 어레이로 구비된,
    촉각 재현 장치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 제1 기판은,
    상기 이미지 센서가 지문을 인식 가능하도록 지문을 투사시키는 투명도를 가지는,
    촉각 재현 장치.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 복수의 미세전극들은,
    복수의 나노 입자, 나노 와이어 및 나노 튜브 중 적어도 하나의 형태로 구비되고,
    상기 복수의 나노 입자, 나노 와이어 및 나노 튜브 중 적어도 하나 상에 전도성 물질의 박막 또는 후막을 포함하되,
    전도성의 투명물질로 구비되고, 상기 전도성의 투명물질은,
    ITO(Indium Tin Oxide), IGO(Indium Gallium Oxide), ZnO(Zinc oxide), 그래핀(Graphene), 은나노 와이어(Silver Nanowire), CNT(Carbon Nanotube), 초박막금속 중 적어도 하나를 포함하는,
    촉각 재현 장치.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 제1 손가락의 지문을 등록하는 동작, 상기 복수의 미세전극들을 순차적으로 활성화시켜 상기 제1 손가락의 서로 다른 위치 별로 시험 자극을 인가하는 동작, 상기 시험 자극이 인가된 위치마다 사용자가 느끼는 감각의 정도에 기초하여 상기 제1 자극 맵을 생성하여 저장하는 동작을 실행하는,
    촉각 재현 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제1 자극 맵은,
    상기 손가락의 서로 다른 위치 별로 인가된 자극에 대해 상기 사용자의 반응을 기반으로 생성되는,
    촉각 재현 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제1 자극 맵은,
    상기 사용자의 반응이 기 설정된 임계치 이상인 상기 시험 자극에 대응하는 자극 전극의 위치에 기반하는,
    촉각 재현 장치.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    등록된 상기 제1 손가락의 지문과 상기 제1 손가락을 비교한 결과에 기반하여 상기 제1 손가락의 등록 여부를 확인하는 동작을 실행하는,
    촉각 재현 장치.
  16. 제 8 항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 제1 손가락에 대응하는 상기 자극 위치 정보와 기 설정된 간격 이내에 해당하는 미세전극을 상기 제1 자극 전극으로 결정하는 동작을 실행하는,
    촉각 재현 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 이미지 센서를 통해 상기 제1 손가락의 위치 변경 및 모양 변경 중 적어도 하나의 변동을 감지하는 동작, 상기 감지된 변동에 기반하여, 상기 제1 손가락에 대응하는 상기 자극 위치 정보와 기 설정된 간격 이내에 해당하는 미세 전극을 상기 제1 자극 전극으로 결정하는 동작을 실행하는,
    촉각 재현 장치.
  18. 컴퓨터 프로그램을 저장하고 있는 컴퓨터 판독 가능 기록매체로서,
    상기 컴퓨터 프로그램은,
    이미지 센서, 소정 간격 이격된 복수의 미세전극들로 구성된 전기자극모듈 및 프로세서를 포함하는 촉각 재현 장치에 기초하여 전기 촉각을 재현하는 방법에 있어서,
    상기 이미지 센서로부터 획득한 지문 이미지에 기반하여 제1 손가락을 확인하는 단계;
    상기 제1 손가락의 지문에 대응하여 자극을 가하도록 결정된 자극 위치 정보를 포함하는 제1 자극 맵을 확인하는 단계;
    상기 제1 자극 맵에 기반하여 상기 복수의 미세전극들 중 상기 제1 손가락에 자극을 가할 복수의 제1 자극 전극들을 결정하는 단계; 및
    상기 복수의 제1 자극 전극들에 자극 인가용 전기 신호를 인가하는 단계를 포함하는 방법을 프로세서가 수행하도록 하기 위한 명령어를 포함하는,
    컴퓨터 판독 가능한 기록매체.
  19. 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 저장되어 있는 컴퓨터 프로그램으로서,
    상기 컴퓨터 프로그램은, 프로세서에 의해 실행되면,
    이미지 센서, 소정 간격 이격된 복수의 미세전극들로 구성된 전기자극모듈 및 프로세서를 포함하는 촉각 재현 장치에 기초하여 전기 촉각을 재현하는 방법에 있어서,
    상기 이미지 센서로부터 획득한 지문 이미지에 기반하여 제1 손가락을 확인하는 단계;
    상기 제1 손가락의 지문에 대응하여 자극을 가하도록 결정된 자극 위치 정보를 포함하는 제1 자극 맵을 확인하는 단계;
    상기 제1 자극 맵에 기반하여 상기 복수의 미세전극들 중 상기 제1 손가락에 자극을 가할 복수의 제1 자극 전극들을 결정하는 단계; 및
    상기 복수의 제1 자극 전극들에 자극 인가용 전기 신호를 인가하는 단계를 포함하는 방법을 상기 프로세서가 수행하도록 하기 위한 명령어를 포함하는,
    컴퓨터 프로그램.
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