피부에서전달된촉각정보를뇌에서처리하는방식부터
촉각을구현하는햅틱디스플레이와로봇손까지
한권으로보는언택트시대의최첨단기술혁신,햅틱스!
사람간의가벼운접촉과악수조차꺼려지는언택트시대,역설적으로더욱주목받는기술이있다.손끝에서일어나는미세한감각의재현에관해끊임없이연구하고도전하는분야,‘햅틱스’다.사실햅틱스는언택트시대의기술혁신선두주자로있다고해도과언이아니다.애플,페이스북,마이크로소프트,디즈니등세계적인기업들이햅틱장치를작업하는전담팀을두고있고게임,자동차,의료,모바일등여러업계에서다양한햅틱애플리케이션개발에적극적으로참여하고있다.코로나바이러스로인한비접촉,비대면으로햅틱장치및기술에관한수요가커져햅틱스시장이2020년에는129억달러,2027년에는408억달러까지성장할것이라는예측도나온다.
이흐름에맞춰중요한첨단과학주제에대한기본적이면서도깊은핵심지식을전하는김영사DEEP&BASIC시리즈네번째책,《햅틱스:감각을재현하는촉각의과학》이출간되었다.시리즈중한권이기도한이책은햅틱스분야에서가장권위있는국제학술지의편집장을지낸저자와부편집장인역자가참여한책으로,촉각의메커니즘부터뇌에서촉각정보를처리하는과정,촉각일루전,의수와로봇손의개발,다른감각의소실을보완하는감각치환시스템까지,햅틱스를다양한관점에서살펴본다.전문적인내용을배제하지않으면서도쉽고간결한개요를제공한다.
햅틱스란무엇인가?우리는어떻게촉각정보를받아들이고뇌로전달할까?촉각은다른감각과어떤점이다르며,다른감각이소실된경우어떻게보완하는가?다양한응용분야에서사용되는햅틱장치에는어떤것이있는가?햅틱기술을통해이루어야할도전과제는무엇인가?등의질문에답하며손끝에서일어나는섬세하고도신비한감각의과학속으로독자를안내한다.
“옷감의느낌,과일의무게,물의온도를알려고할때
우리의손과뇌에선어떤일이일어날까?”
외부세계와능동적으로상호작용하는유일한감각,촉각
복숭아가익었는지확인할때,뜨거운물이담긴컵을들어올릴때,어두운침실에서전등스위치를찾을때,우리는손을사용해촉각으로물체의특성을파악한다.물체와접촉하면피부와근육속에있는감각수용기는촉각정보를모아뇌로피드백을전달하고뇌는즉각정보를처리해물체를인지한다.그과정에서손을어떻게사용하느냐에따라뇌에서받아들이는정보도달라진다.예를들어우리는옷의질감을느껴보려면자연스럽게옷감위를손으로문질러보고,축구공에바람이있는지확인하려면손으로눌러본다.이처럼촉각은시각,청각,미각,후각과달리,탐색하려는대상과능동적으로상호작용하는독특한감각이다.
촉각의메커니즘을자세히들여다보면더욱신비롭다.연필을쥐는것처럼일상적인행동에도대단히복잡한정보입력과처리가이루어진다.우리의손의구조를살펴보면,팔뚝부터손까지손가락을움직이는근육이곳곳에있고,근육들사이의힘줄은3개이상의관절사이를가로지른다.중추신경계는여러수용기에서발생한입력의공간적배열을이용해관절의움직임과위치를계산해낸다.또한피부속열감각수용기는피부에서느껴지는온도변화로물건이플라스틱인지금속인지구별할수도있다.
우리의삶을바꾸고있는
햅틱스기술의현재와미래
이러한촉각의과학을기반으로한햅틱스는기계공학,전자공학,컴퓨터공학,생물학,심리학등다양한분야가융합된학문이다.햅틱스는여러분야에서단순히정보를인식하는것을넘어차가움,부드러움,끈적함과같은질감을통해대상과더정교하고섬세하게교감하기위한놀라운발전을이어왔고,그성과가다방면에서상용되고있으며,지금도계속해서여러기술적인도전에나서고있다.
휴대전화,태블릿등에서는이미광범위하게진동촉각디스플레이기술이사용되고있다.또한손가락의마찰력을이용하여평면디스플레이위에가상의질감이나표면을만지는듯한느낌을재현하는서피스햅틱스기술이발달하면서고품질의질감을표현할수있게되었다.특히의료분야에서는햅틱디바이스의발달로사람의시신이나동물을이용해수술을연습해야하는필요성이줄어들었으며,의사가원격조종기를사용해동작을로봇손에그대로재현하여환자에게수술을진행하는‘다빈치수술시스템’이큰성공을거두었다.이로봇손이구현하는동작의정밀도는의사를능가할정도이며,이로인해의사의손떨림과같은문제도보완할수있다.이외에도신경계장애로손을움직이지못하는환자의재활치료를위한‘햅틱장갑’과다른감각의소실을보완하기위한‘촉각치환시스템’등여러햅틱기술에대한구체적이고다양한사례가등장한다.이책을통해독자는햅틱스가우리의일상생활에얼마나깊숙이들어와있는지,그리고앞으로삶에어떤변화를가져올것인지를확인할수있을것이다.
외부세계를섬세하게인식하는촉각의메커니즘과
이정교한감각을재현하는기술에관한햅틱스입문서!
이책의목적은능동적촉각감지,즉햅틱스를다방면에서살펴봄으로써햅틱스에관한핵심지식을습득하고이해하는것을돕는데있다.각장에서다루는내용을살펴보면다음과같다.
1장<어떻게촉각으로세상을인식하는가>에서는피부의전체구조와물체와접촉했을때신호를발생시키는감각수용기와같은촉각시스템의구성요소를이해하는것에초점을둔다.
2장<손의감각과운동의특징>에서는피부운동감각의기본적인특성에대해전반적으로다루며,손의움직임을제어하는촉각신호의역할과손의구조,근육에대해설명한다.
3장<촉각지각>에서는물질적특성을인식할때촉각이어떤식으로특화되었는지를중점으로보고,물체의특정한정보를얻을때사용되는여러손움직임의중요한역할들과전체적인촉각지각시스템의속성에대해알아본다.
4장<햅틱일루전>에서는물리적자극을예상치못한형태로지각하는‘일루전illusion’에대해다룬다.물체의물리적특성이왜곡되는것부터신체일부의크기를다르게인식하는것까지여러햅틱일루전현상을소개하며,이현상으로주변환경을인식하고표현하는과정을들여다본다.
5장<촉각및햅틱디스플레이>에서는휴대전화의진동이나고속도로의노면요철포장에서느껴지는떨림,시각장애인을위한점자디스플레이등다양한유형의촉각디스플레이기술과게임,전자제품,자동차등여러분야에서적용하고있는촉각디스플레이기술의응용사례를살펴본다.
6장<촉각의사소통시스템>에서는시각,청각등소실된다른감각을촉각으로보완하는‘감각치환시스템’을다룬다.점자,옵타콘Optacon,타도마Tadoma,촉각어휘바이브라티즈Vibratese등시각,청각장애인을위한다양한촉각치환시스템을설명한다.
7장<서피스햅틱스>에서는평면을만지는손가락에작용하는마찰을변화시켜질감이있는물체를직접만지는듯한햅틱효과를생성하는가변마찰디스플레이의구현에관한기술과도전에대해살펴본다.
8장<인공감지:의수와로봇손>에서는지난수년간의수와로봇손이개발되어온과정과기술을다룬다.로봇손을이용한다빈치수술시스템,잡으려는물체의모양에따라쉽게변형되는유연집게등의수와로봇손의응용사례를들여다본다.
9장<결론>에서는촉각의중요성을강조하며햅틱스에관한핵심내용을다시한번정리하고,인공적인촉감을생성하고재현하는것과관련된여러도전과제들을살펴본다.
DEEP&BASIC시리즈
:중요한첨단과학주제에대한기본적이면서도깊은핵심지식
정보가넘쳐나는이시대에는누구나언제든지어떤주제에관한설명을찾을수있다.문제는대부분이러한지식이피상적인데그치며원리에바탕을둔기초지식을찾기어렵다는것이다.각분야최고의전문가들이쓴이시리즈는비전문가들을위해전문적인지식을소개하고,중요한주제에대한기본적인핵심지식을통해복잡한현상에접근하는법을전한다.
*DEEP&BASIC1《공감각:뇌에서일어나는놀라운감각결합의세계》:공감각분야의선구적인연구자,리처드사이토윅이전하는인류의4퍼센트가경험하는공감각에관한신경학적연구.
*DEEP&BASIC2《데이터과학:더나은의사결정을위한통찰의도구》:기계학습분야전문가존켈러허,브렌던티어니가전하는데이터과학에관한핵심지식.한국공학한림원출판지원사업선정도서.
*DEEP&BASIC3《신경가소성:일생에걸쳐변하는뇌와신경계의능력》:유니버시티칼리지의신경생물학자모헤브코스탄디가시중에만연한단편적이고잘못된정보,오해와통념을바로잡고전하는신경가소성에관한진짜지식.
*DEEP&BASIC4《햅틱스:감각을재현하는촉각의과학》:햅틱스분야의가장권위있는학술지편집장을지낸리넷존스가전하는언택트시대의최첨단기술혁신,햅틱스.
(계속출간됩니다.)
