고급 산업 과학 및 기술 기관 [Yoshikawa Hiroyuki의 회장] (이하 "AIST"), 인간 복지 및 의료 공학과 [Akamatsu Mikiyuki 의장 인 Akamatsu Mikiyuki]는 국립 대학교 공학 대학원이며, 현실 현실 (VR)의 현실 (VR)에 있습니다강도촉각 감각을 나타내는 인터바카라 규칙스로서, 어떤 방향 으로든 힘을 번역하고 회전시킵니다 (토크)를 모두 생성함으로써 하이브리드 힘 토크 유형 "Gyro Cube Census"로 "푸시, 당기기 및 리프팅"과 같은 감각을 제시 할 수 있습니다gyrocubesensuous) '가 개발되었습니다 [그림 1]
차세대 멀티미디어와 함께 5 가지 감각이 모두 정보를 제시하는 데 사용됩니다멀티 모달 인터바카라 규칙스관심을 끌고 있습니다 특히, 물체를 만지는 느낌 (촉각 감각)과 물체로부터받은 반응력 (힘 감각)과 같은 촉각 감각을 나타내는 인터바카라 규칙스는 사실주의가 크게 증가하여 기존의 인터바카라 규칙스의 작동 가능성과 정보의 인식과 이해를 가능하게합니다 기존 기술에서는 핀이 있습니다조작자무기를 사용하는 정보 프리젠 테이션 방법은 주류가되었으며, 큰 장치와 같은 문제가 있으며 사용자가 팔과 와이어로 장치에 연결되면 신체의 움직임이 제한됩니다 또한, 다가오는 유비쿼터스 사회의 사용을 고려할 때, 기존의 동적 감각 인터바카라 규칙스는 동일한 이유로 모바일 사용에 적합하지 않습니다
이 연구 에서이 문제를 해결하기 위해 인터바카라 규칙스에 내장 된 여러 로터를 사용했습니다각도 운동량어떤 규모 또는 방향 으로든 힘과 회전력을 생성합니다 이로 인해 힘 감지 프레젠테이션 인터바카라 규칙스 "Gyro Cube Census"가 개발되었는데, 이는 두 편심 로터의 회전 방향과 단계를 동기로 제어하여 단일 토크, 힘 및 진동 감각의 단일 메커니즘에 대한 프리젠 테이션을 달성했습니다 자이로 큐브 인구 조사는 손바닥에 맞는 크기의 크기이며, 인간 감각 특성을 능숙하게 활용함으로써 단순히 미세한 변위로 진동 운동을 반복하지만 직관적으로 전방 방향으로 한 방향으로 만 힘을 감지 할 수 있습니다 결과적으로, Gyrocube 인구 조사는 손바닥에 더 무겁거나 가벼워지고 마지막으로 마치 떠 다니는 것처럼 느껴지는 힘의 느낌이됩니다환상를 경험할 수 있습니다
이번에 개발 된 자이로 큐브 인구 조사는 당신이 여행하는 데 필요한 방향으로 당신을 안내합니다휴먼 네비게바카라 규칙 시스템수술 시뮬레이터 및 원격 수술 실현을위한 필수 기술로서, IT 및 VR 산업뿐만 아니라 의료 및 복지 분야에서 새로운 개발을 제공 할 수있는 기술입니다 특히, 촉각 감각이 정보를 얻는 중요한 수단 중 하나 인 시각 장애인을 지원하는 데 기여할 것으로 예상됩니다 또한 PC 용 3D 마우스, 게임 콘솔 및 VR과 같은 IT 장비의 인터바카라 규칙스에 적용 할 수 있습니다 앞으로 우리는 더 작고 가벼워지고 인터바카라 규칙스 제조업체와의 공동 연구를 홍보하여 상용화로 이어질 계획입니다
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그림 1 : 개발 된 힘 감각 프리젠 테이션 인터바카라 규칙스 "Gyro Cube Census"(gyrocubesensuous)
어떤 방향 으로든 번역 및 회전력 감각을 모두 나타내는 하이브리드 힘 감각 프레젠테이션 인터바카라 규칙스 "gyrocubesensuous"감각"감각에 호소하고 감각을 기쁘게하고 민감한"의 의미를 가지고 있습니다 |
5 가지 감각을 사용한 멀티 모달 인터바카라 규칙스는 차세대 멀티미디어와 관련하여 주목을 받고 있습니다 특히, 촉각 감각을 사용함으로써 기존의 인터바카라 규칙스의 작동 가능성과 정보에 대한 인식과 이해를 향상시킬 수 있으며 다양한 직업 기술 교육, 원격 제어, 건강 및 의료 및 복지 장비에 적용될 것으로 예상됩니다 그러나 촉각 감각 정보를 제시하기위한 기존의 기술은 주로 핀, 조작기 암 등으로 구성되므로 신체 움직임을 제한하는 장치에 연결하는 것과 같은 문제가 있으며 팔은 서로 방해하며 여러 장치가 공존 할 수 없으며 장치가 커집니다 또한 다가오는 유비쿼터스 사회에서 언제 어디서나 사용할 수있는 인터바카라 규칙스가 필요하지만 걷기가 필요하지만 전통적인 동적 감각 인터바카라 규칙스는 동일한 이유로 모바일 사용에 적합하지 않습니다
힘에 감각 프레젠테이션 인터바카라 규칙스는 "접지"와 "지상/휴대용"이라는 두 가지 범주로 광범위하게 분류 될 수 있습니다 접지 된 인터바카라 규칙스는 팔과 와이어의 드래그와 장력을 통해 힘 감각을 가진 사람을 나타냅니다 [그림 2 (왼쪽) 및 (중심)] 따라서 원칙적으로, 반응력을지지하는 기반이 필요하며 휴대폰과 함께 사용하기에 적합하지 않습니다 이 휴대 성 문제를 해결하기 위해, 신체의 일부에 대한 반응력을 지원하는베이스로 개발되지 않은 인터바카라 규칙스가 개발되었지만 (그림 2 (오른쪽) 참조),이 비 지상 및 휴대용 유형은 반응력을지지하는 기지가 사용자의 신체 내에 있으므로 물체를 밀거나 외부에서 힘을 부여하는 것과 같은 문제가 있습니다
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| 그림 2 : Grounded Force Sense Presentation Interface (ARM 유형 (왼쪽), 와이어 유형 (중간)) 및 근거가 아닌 내내 기반 인터바카라 규칙스 (오른쪽) |
12413_12565Gyrocube) [그림 3 참조]가 개발되었습니다 자이로 큐브는 XYZ-AXIS 좌표에 위치한 3 개의 모터의 회전을 제어하여 어떤 방향으로도 토크를 제공하는 근거가 아닌 비 내부 신체 기반 인터바카라 규칙스입니다 3 개의 모터의 회전과 결합 된 각 운동량의 시간적 변화는 토크이며, 모터의 회전을 가속화하고 감속함으로써 어떤 방향으로도 토크를 제시 할 수 있습니다 그러나이 기술을 사용하여 토크를 제시하려면 큰 전력이 필요하며, 문제는 지속적으로 토크를 제시 할 수 없다는 문제가 남아 있습니다
So, Nakamura Norio, Chief Researcher of the Sensory Perception Group, Senior Researcher of the AIST Human Welfare and Medical Engineering Research Division (now Senior Researcher, Development Strategy Planning Office, AIST Venture Development Strategy Research Center), and Professor Fukui Yukio, Department of Computer Science, Graduate School of Systems and Information Engineering, Graduate School of Systems and Information Engineering, University of Tsukuba, tried to solve this problem by applying sensory perceptual psychology to information systems 엔지니어링 최고 연구원 Nakamura는 청각과 같은 감각적 인식을 전문으로하며 휴대 전화를 사용하여 휴대 전화를 사용하여 청각 측정 장치를 개발하고 있으며, 휴대 전화의 내비게이션 기능에 힘에 감각 감각을 통해 방향 지침을 추가하는 멀티 모달 인간 항해 시스템을 개발하고 있습니다 후쿠이 교수는 VR 분야에서 사용되는 촉각 인터바카라 규칙스를 연구하고 있습니다 이번에 개발 된 힘에 감각 프리젠 테이션 인터바카라 규칙스는 원칙적으로 무한 강성을 표현할 수있는 인터바카라 규칙스이며, 하드에서 부드러운 가상 모양에 이르기까지 광범위한 표현력을 갖춘 힘에 감각 인터바카라 규칙스를 실현할 수 있습니다 이 연구 결과는 전문 분야가 다른 두 연구원의 협력을 통해 실현되었습니다
이 연구는 Nissan Science Foundation [Carlos Ghosn 회장]의 29 번째 Nissan Academic Research Grant (격려 연구)에 의해 부여되었습니다
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그림 3 : 2001 년에 생산 된 합성 각 운동량 벡터 차별화를위한 "자이로 큐브"토크 프리젠 테이션 인터바카라 규칙스는 개발의 기초였습니다 (Gyrocube) (왼쪽) 및 해당 구조 다이어그램 (오른쪽)
x, y 및 z 축에 고정 된 3 개의 로터의 회전 속도 ωx, ωy, ωZ| 이를 제대로 제어함으로써 어떤 방향 으로든 토크를 생성 할 수 있습니다 각 운동량 벡터l변경 사항은 다음과 같이 표현됩니다
각 x, y, z 축 주위의 각속도 ωiiii
엘i= Iiωi, i = x, y, z
로 표현됩니다 이 축 주위의 각 운동량으로 구성된 합성 각 운동량 벡터는 x, y 및 z 축 방향의 기본 벡터입니다i, J,K
l= lxi+lyJ+lZK
로 표현됩니다 이 합성 각 운동량 벡터의 시간 미분이 발생하는 것은 토크 벡터 τ입니다
τ = dl/d t
x, y, z 축 방향에서 각속도 비율 ωx: ωy: ωZ를 변경함으로써 각 운동량 벡터 생성이 어떤 방향 으로든 제어 될 수있는 방향 |
제안 (1) : 기존의 VR에서, 힘에 감각적 인 프레젠테이션 인터바카라 규칙스는 프리젠 테이션 메커니즘과 그들을 지원하는 기반뿐만 아니라 암과 전선 외에 필수적이지만, 어디서나 모바일 유비퀴터 사회에서의 미래 사용을 고려할 때, 어디서나 걷는 것과 같은 문제가 있었고, 운영 및 제한과 같은 문제가 있었고, 그리고 제한과 제한과 같은 문제가 있었으며, 손바닥의 크기
제안 (2) : 근거가 아닌 비 내부 신체 기반 힘 감각 프레젠테이션 인터바카라 규칙스를 실현할 때, 우리는 자이로 스코프에 의해 생성 된 회전 토크를 사용하는 자이로 스코프 시스템을 조사했으며, 공복 압력의 반응력을 활용하는 방법을 활용하는 방법에있어서의 문제를 해결하는 데 어려움을 겪었습니다 또한 자이로 스코프 시스템을 사용하면 특정 방향으로 지속적으로 토크를 제시하는 것은 불가능합니다
해결 (1) : 이러한 우려에 근거하여, 이전 연구에서 회전 본체의 회전 속도를 제어하고 각 운동량의 시간 변화에 대한 토크를 제시하는 "자이로 큐브"인터바카라 규칙스 (Gyrocube)를 고안했다 이 방법은 무기와 전선의 필요성을 제거하고, 지상이없고 내부적으로 기준이지만 가상 객체에서 사람에게 힘이 적용되는 외부 힘의 감각을 실현할 수 있습니다 또한, 2 개의 편심 로터로 구성된 "트윈 편심 로터 시스템"을 고안함으로써, 우리는 회전력뿐만 아니라 번역력도 동시에 제시 할 수있는 하이브리드 힘 감각 프리젠 테이션 인터바카라 규칙스 인 "자이로 큐브 인구 조사"를 달성했습니다 회전 방향, 회전 속도 및 2 개의 편심 로터의 회전 속도 및 위상 관계를 제어함으로써 모든 방향으로 진동, 회전력 및 힘 감각을 제시 할 수 있습니다 [그림 4 참조] 예를 들어 다음을 수행 할 수 있습니다
- 2 개의 편심 로터가 0 도의 위상 차이와 동기로 회전하면 두 편심 로터의 결합 된 중심과 회전 축 사이의 거리가 최대화되어 합성 된 편심 진동의 최대 강도를 초래합니다 [그림 4-2] 이를 통해 휴대 전화의 매너 모드와 비슷한 진동의 떨림 감각을 나타낼 수 있습니다
- 위상 지연으로 180 도의 위상 지연으로 동일한 방향으로 회전 할 때, 2 개의 편심 로터는 포인트 표적 및 중심이며 회전 축은 일치하여 편심없이 토크 회전을 결합시킨다 [그림 4-3] 이것은 회전 감각을 제시 할 수있게한다
- 위상차와 동기로 회전 할 때, 위에서 언급 한 두 예 사이의 경우, 진동 주파수는 회전 속도에 의해 독립적으로 제어 될 수 있으며 편심 진동 강도는 위상차에 의해 제어 될 수 있습니다 [그림 4-3] 이를 통해 휴대 전화의 방식 모드와 같은 강도와 주파수의 질감을 단순한 진동 감각에 추가 할 수 있습니다
- 마지막으로, 위상이 반대 방향으로 동기로 회전하면 어떤 방향 으로든 선형으로 진동하는 힘은 위상을 제어하여 합성됩니다 [그림 4-4] 이것은 스프링의 단일 진동과 같은 선형 진동 감각을 허용합니다
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그림 4 : 자이로 큐브 인구 조사를 구성하고 작동하는 방법
두 편심 로터의 회전 방향, 회전 속도 및 위상 관계를 제어함으로써, 모든 방향으로 강도 및 주파수에서 모든 방향으로 감각을 나타내는 감각을 제시 할 수 있습니다
[그림 4-2] 두 개의 편심 로터가 0 도의 위상차에서 동기로 회전하면 최대 강도의 편심 진동이 합성됩니다
[그림 4-3] 회전이 위상 지연과 180 도의 위상 지연으로 동기화되면 편심이없는 토크 회전이 결합됩니다 진동이 위상차와 동시에 회전하면, 진동 주파수는 회전 속도에 의해 독립적으로 제어 될 수 있으며, 편심 진동 강도는 위상차에 의해 제어 될 수있다
[그림 4-4] 반대 방향으로 회전하면 동기식으로 회전 할 때 어떤 방향 으로든 선형으로 진동하는 힘은 위상을 제어하여 합성됩니다 |
솔루션 (2) : 민감도는 주어진 자극의 강도에 대한 자극의 크기의 비율이지만, 인간 감각 특성의 민감도는 주어진 자극의 강도와 다릅니다 인간은 강도에 따라 다릅니다비 라인 감각 특성를 사용함으로써, 우리는 정기적으로 모터 회전을 반복적으로 가속화하고 감속하는 동시에 번역력과 회전력 감각을 동일한 방향으로 지속적으로 제시 할 수있는 원칙을 고안했다 이것은 주기적 회전 및 진동의 가속 및 감속에 의해 생성 된 힘의 적분이 0이라는 사실에도 불구하고 직관적으로 취소되지 않고 한 방향으로 지속적으로 인식 할 수있게한다
효과 :
(1) 이번에 개발 된 자이로 큐브 인구 조사는 이번에 개발되지 않은 비 내부 기본 유형이므로 암 와이어 시스템과 달리 동일한 공간에 여러 자이로 큐브 인구 조사가 존재하더라도 간섭없이 공존 할 수 있습니다 또한, 그것은 음성보다는 힘을 통해 제시되기 때문에, 사람들이 함께 모이는 곳이나 사무실과 거리와 같은 많은 사람들이 함께 섞인 실제 생활에서 실생활에서 사용할 수 있습니다
(2) 자이로 큐브 인구 조사를 통해 인간 비선형 감각 특성을 사용하여 관능적으로 취소되지 않고 물리적으로 상쇄되는 물리적 물리적 수량을 지속적으로 인식 할 수 있습니다 결과적으로, 힘 반동이 문제가되는 공간과 중력 공간에 힘 감각을 표시하는 데 효과적입니다
(3) 특정 표면에서 자이로 큐브 인구 조사를 추적 할 때, 표면에 움직일 때 진동, 회전력 및 번역력을 제어함으로써 곡선 표면의 표면 거칠기와 불만을 표현할 수 있습니다
(4) 힘이 팔이나 와이어의 긴장에 의해 간접적으로 전달되지 않기 때문에, 모터의 회전은 손의 손바닥에 직접 작용하기 때문에, 그것은 매우 반응이 좋으며 단단한 물체에서 부드러운 물체에 이르기까지 광범위한 촉각 감각을 나타낼 수 있습니다
(5) 힘의 감각의 비선형 감각 특성을 활용하여 자이로 큐브 인구 조사는 손의 손바닥에 무거워지고 밝아졌으며, 마지막으로 들리면 느낄 수있는 힘 감각의 환상이되었습니다
(6)이 원리는 기존의 힘 감지 프리젠 테이션 인터바카라 규칙스보다 더 높은 감도와 전력 소비를 달성 할 수 있으며 메커니즘은 간단하고 편심 모터는 단순히 3 차원 공간에 배치되어 크기와 무게를 줄일 수 있습니다 결과적으로 예를 들어 휴대 전화에 통합하는 것은 비교적 쉽고 이동성이 매우 높습니다 VR 기술의 모바일 사용 및 실제 사용을 촉진 할 수 있으며 다른 VR 기술의 개발에 기여할 가능성이 높습니다
응용 프로그램 : 자이로 큐브 인구 조사는 컴퓨터 인터바카라 규칙스 및 내비게이션을 포함하여 의료, 복지 및 공간에서 게임 콘솔 및 휴대 전화에 이르기까지 광범위한 분야에서 사용할 수 있습니다
(1) 의료 및 복지 산업에 적용
예를 들어 의료 및 복지 산업에서 자이로 큐브 인구 조사 및 GPS (글로벌 포지셔닝 시스템: Global Positioning System)와 같은 위치 정보 및지도 정보와 결합함으로써, 힘-감지를 사용한 보행자 안내도 실현 될 수 있으며, 또한 약한 수신 또는 심한 시각 장애가있는 사람들이 사용하는 흰색 지팡이에 통합 될 수 있습니다 [그림 5] 또한 수술 시뮬레이터의 발달이 점점 인기를 얻고 있지만, 자이로 큐브 인구 조사는 여러 의사가 다양한 보유 및 메스 조정을 수행 할 때 수술기구의 촉각 감각을 제시하는 데 적합합니다 [그림 6 참조]
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그림 5 의료 및 복지 산업에 적용되는 예 : 휴대 전화 (왼쪽) 및 흰색 지팡이 (오른쪽)에 내장 된 인터바카라 규칙스를 통한 강제 감각 내비게이션
위치 정보 및 GPS와 같은지도 정보와 결합하여 힘 감각을 사용한 보행자 지침도 달성 할 수 있습니다 이 프로그램은 가이드를 철회하고 운반하는 것에 대한 직관적 인 이해력에 중점을 둔 전통적인지도 정보와 음성 가이드를 사용한 시각적 및 청각 정보 외에도 힘을 통해 여행 할 방향을 제시합니다 햇빛 아래의 디스플레이의 가시성과 일반적인 환경 노이즈 하에서 청각 가이드 오디오의 어려움은 다른 감각 정보와 함께 보상 될 것으로 생각됩니다 |
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그림 6 의료 및 복지 산업에 대한 적용 : 원격 수술/수술 시뮬레이터를 사용하여 수술기구의 촉각 감각 제시
촉각 감각은 수술 도구의 작동성을 결정하는 매우 중요한 정보입니다 수술 시뮬레이터를 사용하여 외과 적 계획 및 훈련을 미리 수행함으로써 수술 중 실수 및 조직 손상의 위험이 크게 줄어들 수 있다고 생각됩니다 자이로 큐브 인구 조사는 팔이나 전선을 사용하지 않으므로 여러 의사 간의 협력을 고려할 수 있습니다 |
(2) 게임 산업에 대한 응용 프로그램
게임 및 컴퓨터 산업에서, 가상 공간에서의 충돌, 존재 및 접촉 감각은 현재 진동을 통해 표현되지만, 자이로 큐브 인구 조사, 실제 물체에 작용하는 번역력 및 회전력은 3 차원으로 표현 될 수 있으며, 가상 공간에서 객체의 존재와 움직임을 현실적으로 표현할 수 있습니다 [그림 7]
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그림 7 게임 산업에 대한 응용 프로그램 : 낚시 게임은 현실적으로 물고기 운동 감각을 제시
기존의 낚시 게임은 진동 감각을 사용하여 물고기의 움직임을 표현했지만 자이로 큐브 인구 조사를 사용하여 물고기의 탐색 적 식습관, 히트로 물고기를 때리는 물고기의 탐색 적 감각, 번역력, 회전력 및 진동 감각을 사용하여 물고기가 발생하는 느낌을 현실적으로 표현할 수 있습니다 |
(3) 디자인 및 디자인 필드에 대한 응용 프로그램
3D 디자인은 디자인 및 디자인 필드의 주류이지만, 자이로 큐브 인구 조사를 사용하면 3D-CAD 공간의 디자인 및 어셈블리 시뮬레바카라 규칙에서 "물체와 나사의 모양이 높아질 수없고 저항이 높아질 수 없습니다"와 같은 것을 직관적으로 이해할 수 있습니다 게다가문자열 피드백빠르고 쉬운 작동을 가능하게하고 포지셔닝을 더 쉽게 만듭니다 특히 경험이 거의없는 초보자조차도 3D 모양을 쉽게 이해하고 작동성을 향상시킬 수 있습니다 (그림 8 참조)
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그림 8 디자인 및 디자인 필드에 대한 응용 프로그램의 예 : 3D CAD 디자인 및 브러시 느낌 표현
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(4) 우주와 같은 제로 중력 공간의 응용
기존의 접지 된 암의 반응력을 통해 강제 감각을 나타내는 인터바카라 규칙스는 공간과 같은 제로 중력 공간에서 사용하기 어렵지만, 자이로 큐브 인구 조사는 주기적으로 미세한 변위 운동을 통해 힘을 나타내어 제로 중력 공간과 우주선의 힘을 제시하는 인터바카라 규칙스로 효과적입니다
앞으로 우리는 자이로 큐브 인구 조사의 크기와 무게를 줄이고 상용화로 이어지는 인터바카라 규칙스 제조업체와의 공동 연구를 홍보 할 계획입니다 상용화 할 때, 가속 센서 또는 위치 센서의 정보를 사용하여 인간의 행동 및 동작을 반영하는 응용 프로그램을 고려할 수 있지만, 예를 들어, 향상된 작동 성이있는 3D 마우스는 힘 피드백을 추가하여 실현 될 수 있습니다 비디오 게임으로서, 그것은 낚시 게임에서 낚시 막대에 작용하는 힘과 칼이 닿을 때 충격력을 현실적으로 표현할 수 있습니다 휴대 전화 게임 또는 휴대용 비디오 게임 콘솔로서, 가속도 센서, 자동차 충돌 및 장애물을 뛰어 넘을 때 점프 느낌과 함께 골프 및 야구 게임의 영향을 표현할 수 있습니다
또한 이러한 컴퓨터 및 게임 콘솔에 대한 인터바카라 규칙스를 계속 개발함으로써, 소규모 고성능 저렴한 인터바카라 규칙스를 언제든지 복지 장비에 공급할 수있어 복지, 의료 서비스 등에 영감을 줄 수 있다고 생각됩니다