TV 쇼 스타트렉(Star Trek): Next Generation은 수백만 명의 사람들에게 홀로덱(holodeck)의 아이디어를 소개했다. 즉, 상호 작용하고 만질 수 있는 완전한 환경의 실감나고 사실적인 3D 홀로그램 투영이다.  

21세기에 홀로그램은 이미 의료 시스템, 교육, 예술, 보안, 국방 등 다양한 방식으로 사용되고 있다. 과학자들은 여전히 레이저, 최신 디지털 프로세서 및 동작 감지 기술을 사용하여 우리가 상호 작용하는 방식을 변경할 수 있는 여러 유형의 홀로그램을 만드는 방법을 개발하고 있다.

글래스고 대학교(University of Glasgow)의 구부릴 수 있는 전자 및 감지 기술 연구 그룹에서 일하는 동료와 나는 이제 "항공기 햅틱"을 사용하여 공기 제트로 촉각을 만들어내는 홀로그램 시스템을 개발했다. 이러한 공기 분사는 사람들의 손가락, 손, 손목에 닿는 느낌을 전달한다.

시간이 지나면 지구 반대편에 있는 동료의 가상 아바타를 만나고 실제로 악수를 느낄 수 있도록 개발할 수 있다. 홀로덱과 같은 건물을 짓기 위한 첫 번째 단계일 수도 있다.

이러한 촉감을 만들기 위해 우리는 컴퓨터 생성 그래픽과 신중하게 지시되고 제어되는 공기 분사를 결합하기 위해 저렴하고 상업적으로 이용 가능한 부품을 사용한다.

어떤 면에서는 3D 그래픽을 제공하기 위해 헤드셋이 필요하고 촉각처럼 느껴지는 자극인 햅틱 피드백을 제공하기 위해 스마트 장갑 또는 핸드헬드 컨트롤러가 필요한 현 세대의 가상현실을 한 단계 뛰어넘는 것이다. 대부분의 웨어러블 가제트 기반 접근 방식은 표시되는 가상 개체를 제어하는 것으로 제한된다.

가상 개체를 제어한다고 해서 두 사람이 만질 때와 같은 느낌을 주지는 않는다. 인공적인 촉각을 더해 장갑을 끼지 않고도 사물을 느낄 수 있어 더욱 자연스러운 느낌을 준다.

버튼을 누르면 사용자가 터치와 같은 압력을 느낄 수 있다. 이미지: University of Glasgow, 저자 제공

유리와 거울을 사용하여

우리의 연구는 3D 가상 이미지의 환상을 제공하는 그래픽을 사용한다. 무대 위의 초자연적인 모습으로 빅토리아 시대 극장 관객들을 열광케 한 페퍼의 유령으로 알려진 19세기 환상 기법을 현대적으로 변형한 것이다.

이 시스템은 유리와 거울을 사용하여 추가 장비 없이도 2차원 이미지가 우주에 떠 있는 것처럼 보이게 한다. 그리고 우리의 햅틱 피드백은 공기만으로 생성된다.

우리 시스템을 구성하는 거울은 한쪽이 열린 피라미드 모양으로 배열된다. 사용자는 열린 쪽을 통해 손을 넣고 피라미드 내부의 자유 공간에 떠 있는 것처럼 보이는 컴퓨터 생성 개체와 상호 작용한다. 개체는 비디오 게임에서 3D 개체와 세계를 만드는 데 자주 사용되는 Unity 게임 엔진이라는 소프트웨어 프로그램에 의해 생성되고 제어되는 그래픽이다.

피라미드 바로 아래에는 사용자의 손과 손가락의 움직임을 추적하는 센서와 복잡한 촉각을 만들기 위해 공기를 분사하는 단일 에어 노즐이 있다. 전체 시스템은 노즐 움직임을 제어하도록 프로그래밍된 전자 하드웨어에 의해 지시된다. 에어 노즐이 방향과 힘의 적절한 조합으로 사용자의 손 움직임에 반응하도록 하는 알고리즘을 개발했다.

우리가 "에어로햅틱" 시스템의 기능을 시연한 방법 중 하나는 확실하게 만지고, 구르고, 튀길 수 있는 농구공의 대화형 투영을 사용하는 것이다. 시스템에서 나오는 에어 제트의 터치 피드백도 농구공의 가상 표면을 기반으로 변조되어 사용자가 공을 튕겼을 때 손끝에서 구르고 돌아올 때 손바닥으로 때릴 때 공의 둥근 모양을 느낄 수 있다.

사용자는 다양한 힘으로 가상 공을 밀고 하드 바운스 또는 소프트 바운스가 손바닥에서 어떻게 느껴지는지 결과 차이를 감지할 수도 있다. 농구공을 튕기는 것만큼 단순해 보이는 일이라도 우리는 동작의 물리학을 모델링하고 공기 분사로 친숙한 감각을 복제하는 방법을 열심히 모델링해야 했다.

미래의 냄새

가까운 시일 내에 완전한 스타트렉(Star Trek) 홀로덱 경험을 제공할 것으로 기대하지 않지만, 우리는 이미 시스템에 추가 기능을 추가하기 위해 새로운 방향으로 과감하게 나아가고 있다. 머지 않아 사용자가 표면을 뜨겁거나 차갑게 느낄 수 있도록 기류의 온도를 수정할 수 있을 것으로 기대한다. 우리는 또한 사용자가 냄새를 맡고 만질 수 있도록 함으로써 가상 물체의 환상을 심화시켜 기류에 향기를 추가할 가능성을 모색하고 있다. 

시스템이 확장되고 발전함에 따라 다양한 분야에서 사용될 수 있을 것으로 기대한다. 성가신 장비를 착용하지 않고도 더 몰입도 높은 비디오 게임 경험을 제공하는 것은 분명한 사실이지만, 더 설득력 있는 원격 회의도 가능하게 할 수 있다. 프로젝트에서 공동 작업할 때 가상 회로 기판에 구성 요소를 차례로 추가할 수도 있다.

또한 임상의가 환자 치료에 협력하고 환자가 프로세스에 더 많이 참여하고 정보를 얻을 수 있도록 도울 수 있다. 의사는 종양 세포의 특징을 보고 느끼고 논의할 수 있으며 환자에게 의료 절차 계획을 보여줄 수 있다.

글쓴이: Ravinder Dahiya/ 글래스고 대학교 전자 및 나노공학 교수