특허 개요
본 특허는 사용자의 손과 가상 머리카락·모피·잔디 등의 상호작용을 공중에서 느끼도록 하는 비접촉식 초음파 햅틱 장치 및 렌더링 방법입니다. 카메라로 실제 손의 형상과 위치를 인식해 가상 손을 만들고, 가상 선형 변형체와의 입자 겹침을 충돌로 계산합니다. 충돌력으로 생성한 압력 필드의 지역 최댓값을 초음파 초점으로 설정하며, 충돌이 유지되는 동안 손이 이동하면 이동 방향의 반대 방향으로 초점을 갱신해 음향 방사압 기반 촉각을 출력합니다.
- 핵심 기능
카메라 모듈이 손 모양·위치 정보를 생성하면 충돌 계산 모듈이 가상 손과 가상 선형 변형체를 구형 입자 연속체로 구성하고, 입자 겹침과 손의 이동 방향·속력을 바탕으로 충돌력 및 압력 필드를 계산합니다. 초점 계산 모듈은 압력 필드의 지역 최댓값에 따라 초점 위치와 압력 강도를 정하고, 충돌 중 손 이동에 맞춰 반대 방향으로 초점을 이동시킨 뒤 촉각 피드백 모듈이 초음파를 출력합니다.
- 차별 강점
기존 비접촉 초음파 햅틱 렌더링은 가상 선형 변형체를 스치거나 밀 때 시간에 따라 변하는 접촉 위치와 변형 특성을 촉각으로 반영하는 데 과제가 있었습니다. 본 특허는 충돌 시작 시점의 충돌력으로 압력 필드를 만들고, 충돌 지속 중 손 이동 반대 방향으로 초점을 연속 갱신함으로써 이동하는 접촉 상황의 촉각 표현을 목표로 합니다.
- 활용 범위
기술·연구 측면에서는 확장현실(XR)·메타버스 인터랙션, 비접촉 사용자 인터페이스, 공중 촉각 렌더링, 가상 선형 변형체 시뮬레이션 분야에 활용 가능하며, 손 추적과 초음파 제어를 결합하는 연구에 적용할 수 있습니다. 사업 측면에서는 XR 헤드셋·콘텐츠, 전시·체험형 인터페이스, 비접촉 제어 전자기기, 가상 머리카락·모피·잔디 등 촉각형 콘텐츠 솔루션으로 확장할 수 있습니다.
연구 개발 단계
문서에서는 실제 손 위치 정보를 기반으로 가상 손을 생성하고, 구형 입자 겹침으로 가상 선형 변형체와의 충돌을 감지한 뒤 압력 필드의 지역 최댓값에서 초점을 설정하는 렌더링 절차를 제시했습니다. 손 이동 반대 방향으로 초점을 갱신하는 제어 방식과 다중 초점 설정 예시는 제시됐으나, 실제 사용자 대상 촉각 평가와 하드웨어 통합 성능은 구체적으로 검증되지 않았습니다.
- 입력 대상: 카메라로 촬영한 실제 손의 모양 및 위치 정보
- 가상 상호작용 대상: 머리카락·모피·잔디 특성을 구현한 가상 선형 변형체
- 렌더링 조건: 충돌 중 손 이동 반대 방향으로 초점 위치를 갱신하고 압력 강도는 유지
현재 성과
충돌 시작 시점의 충돌력으로 압력 필드를 생성하고, 여기서 선택한 초점 위치를 손 이동에 맞춰 연속적으로 변경하는 방식을 제시합니다. 가상 손이 선형 변형체와 상호작용하며 이동하는 상황에서 시간에 따른 촉각 위치 변화를 표현하는 것이 목표입니다.
가상 손과 가상 선형 변형체를 구형 입자 연속체로 구성하고 입자 겹침으로 충돌 상태를 감지하는 실시 형태가 제시됐습니다. 충돌력으로 압력 필드를 생성하고 지역 최댓값으로 초점 위치와 압력 강도를 설정하는 절차를 포함하지만, 실제 사용자 평가와 초음파 출력 조건별 성능 데이터는 제시되지 않았습니다.
종래 비접촉 초음파 햅틱 기술의 과제인 이동 접촉 위치와 선형 변형체 특성의 반영을 위해, 충돌 시작 시점 충돌력 기반 압력 필드를 초점 설정에 사용합니다. 충돌 지속 중 손 이동 방향의 반대 방향으로 초점을 같은 거리·속력 기준으로 이동시키는 제어 구성이 핵심 차별점입니다.
상용화까지 남은 부분
실제 사용자 대상 촉각 현실감과 상호작용 경험에 대한 평가
초음파 출력 조건별 촉각 성능 및 다중 초점 제어 성능 검증
다중 사용자·복잡 손 형상 환경의 실시간 처리, 하드웨어 통합 및 장기 안정성 검증
기술 이전 형태·도입 과정
도입은 이렇게 진행됩니다.
검토 미팅
귀사 상황·데이터 구조 기준으로 적합성을 논의합니다. 자료 검토만으로 끝나도 됩니다.
PoC 공동 검증
연구팀 동행 하에 귀사 데이터 기준 재학습·성능을 확인합니다.
라이센싱 계약
PoC 결과를 기반으로 희망 형태(실시권·공동연구 등)를 협의합니다.
기술지도·후속
도입 초기 기술지도, 필요 시 후속 공동연구·정부과제 연계까지 진행합니다.
특허 정보
비접촉식 초음파 햅틱 장치 및 이의 햅틱 렌더링 방법
10-2024-0068664 (2024.05.27)
1020250170169 (2025.12.05)
미등록 (심사 중)
박진아 (한국과학기술원), 임규나 (한국과학기술원)
한국과학기술원