촉감을 느낄 수 있는 홀로그램 개발

 

도쿄대학교의 연구팀은 맨손으로 만질 수 있는 3차원 홀로그램을 개발하였다. 일반적으로 홀로그램은 느낄 수 없다. 왜냐하면 홀로그램은 빛으로 만들어지기 때문이다. 하지만 개발된 새로운 기술은 3차원 공간 띄워진 홀로그램으로부터 만질 수 있는 피드백을 추가하였다.

공수 초음파 촉각 디스플레이(Airborne Ultrasound Tactile Display)라고 불리는 본 홀로그램은 두 개의 닌텐도 Wiimotes로 탐지되는 사용자의 손 위에 누르는(압력) 감각을 만들기 위해 음파 방사 압력 (acoustic radiation pressure)이라 불리는 초음파 현상을 사용한다. 연구원들의 설명에 따르면, 본 방법은 직접적인 접속 방법이 아니기 때문에, 홀로그램의 품질을 약하게 하지 않는다. Hiroyuki Shinoda 연구원은 현재 본 기술을 SIGGRAPH 2009에서 발표하였다.

본 연구는 3차원 공간에서 압력 범위를 생성하는 새로운 촉각 장치이다. 3차원 입체경 디스플레이(3D stereoscopic displays)와 결합된 본 장치는 3차원 시각 물체와 상호 작용하기 위한 하이파이(high-fidelity) 촉각 피드백을 제공한다. 장치에서 사용하는 원리는 초음파 음파 방사 압력의 비선형 현상(non-linear phenomenon of ultrasound, acoustic radiation pressure)을 기반으로 한다.

연구팀은 촉각 자극을 만드는 방법에 대한 가능성을 확인하기 위해 프로토타입을 제작하였다. 본 프로토타입은 육각형격자 배열로 채워진 91개의 공수 초음파 변환기 (transducer), 12 채널의 증폭기 회로, PC로 구성된다. 모아진 공수 초음파로 생성된 음파 방사 압력의 기초적인 속성을 측정하기 위해, 본 프로토타입은 방사 표면에 직각으로 중심축을 따라, 단일 초점 포인트를 생성하기 위해 설계되었다. 본 프로토타입의 실현가능성을 확인하기 위해, 프로토타입으로 생성되는 총 힘의 크기, 방사 압력 및 주파수 특성에 대한 공간 해상도(spatial resolution)가 측정되었다.

변환기 배열의 중앙으로부터 동일한 거리에 놓인 변환기들은 12 채널로 된 고리 모양의 어레이(annular array)와 연결된다. 초점 지역 내에서 측정된 전체 출력은 0.8 gf였으며, 공간 해상도는 20 mm 였다. 본 프로토 타입은 1 kHz 이상의 충분한 진동을 생성할 수 있다.

“역반사 마커(retroreflective marker)는 사용자의 중지(middle finger)의 끝에 붙게 된다. IR LED는 마커를 비추며, 두 개의 Wiimotes는 손가락의 3차원 위치를 감지한다. 이러한 손 추적 시스템으로 인해, 사용자들은 손 안에 떠있는 가상의 이미지를 다룰 수 있다.”라고 연구원들은 설명하였다.

연구팀이 제공한 비디오에서, 연구원들은 사용자가 가상 공(virtual bouncing ball)을 어떻게 튀길 수 있고, 손에서 튀는 가상 빗방울을 어떻게 느낄 수 있으며, 손바닥에 가상의 기어 다니는 생명체를 어떻게 느끼는지를 시연하였다. 연구원들은 본 기술이 비디오 게임, 3차원 CAD와 같은 응용분야에 사용될 수 있을 것이라 생각한다.

사진. 촉감을 느낄 수 있는 홀로그램의 시연에서, 초음파는 위로부터 방사되며, 사용자는 손바닥 위에 떨어지는 빗방울을 느낄 수 있다.