책 소개

피부에서 전달된 촉각 정보를 뇌에서 처리하는 방식부터 

촉각을 구현하는 햅틱 디스플레이와 로봇 손까지 

한 권으로 보는 언택트 시대의 최첨단 기술혁신, 햅틱스! 

촉각의 메커니즘과 이 정교한 감각을 재현하는 기술에 관한 쉽고 간결한 개요

중요한 첨단 과학 주제에 대한 기본적이면서도 깊은 핵심 지식을 전하는 김영사 DEEP & BASIC 시리즈 네 번째 책. 햅틱스 분야에서 가장 권위 있는 국제 학술지 <IEEE 트랜잭션스 온 햅틱스IEEE Transactions on Haptics>의 편집장을 지낸 저자와 부편집장인 역자가 참여한 책으로, 촉각의 메커니즘부터 뇌에서 촉각 정보를 처리하는 과정, 촉각 일루전, 의수와 로봇 손의 개발, 다른 감각의 소실을 보완하는 감각 치환 시스템까지 햅틱스를 다양한 관점에서 살펴본다. 

햅틱스란 무엇인가? 우리는 어떻게 촉각 정보를 받아들이고 뇌로 전달할까? 다양한 응용 분야에서 사용되는 햅틱 장치에는 어떤 것이 있는가? 햅틱 기술을 통해 이루어야 할 도전 과제는 무엇인가? 등의 질문에 답하며 손끝에서 일어나는 섬세하고도 신비한 감각의 과학 속으로 독자를 안내한다. 

책 속에서

우리는 손으로 접촉하는 것만으로도 익숙한 물체를 빠르고 정확하게 구분해낼 수 있다. 이는 촉각에 의존해서 물체의 물리적 성질을 인지하고 그 물체가 어떤 것인지 정의할 수 있는 능력 때문이다. 특히 손가락을 움직이면서 만지는 능동적 촉감active touch에서는 물체를 더욱 민감하게 지각하는데, 이러한 과정을 ‘햅틱스hap¬tics’ 또는 ‘햅틱 감지haptic sensing’라고 한다. _11쪽

우리는 복숭아가 잘 익었는지 확인하기 위해 복숭아를 손으로 살짝 눌러보기도 하고, 얼마나 속이 차 있는지 무게감을 느끼기 위해 복숭아를 손으로 들어보기도 한다. 이 과정을 통해 복숭아가 우리의 손이 닿지 않는 곳에 놓여 있는 상태에서 판별하는 것보다 틀림없이 훨씬 더 많은 정보를 얻을 수 있다. 이런 측면에서 촉각은 시각이나 청각과는 다른 특성을 가지는데, 그것은 바로 ‘양방향성’이다. 즉 우리가 물체의 특성에 관하여 얻을 수 있는 정보는 그 특성을 감지하는 과정에서 손을 어떻게 움직이느냐와 절묘하게 연관된다. _15쪽 

어떤 화학물질이 피부 위에 닿을 때, 그 화학물질의 온도가 실내온도와 같음에도 불구하고 우리는 그 물질들이 뜨겁거나 차갑다고 느낀다. 예를 들어 박하mint 향의 주성분인 멘톨men¬thol 화합물은 차갑게 느껴지지만, 캡사이신이 포함된 매운 고추의 경우에는 뜨겁게 느껴진다. 이러한 인지효과는 피부의 감각처리 과정에서 발생하는데, 특히 표피층에 있는 신경 말단이 관여한다. 신경 말단에는 뜨거운 열과 캡사이신에 동시에 반응하는 특정 센서가 발견되었으며, 차가운 물체나 멘톨 같은 물질이 피부에 접촉했을 때 중추신경계로 신호를 전달하는 다른 종류의 신경 말단이 존재하는 것도 확인되었다. _42~43쪽

실제로 많은 고대 원숭이들과 영장류가 맞대는 엄지손가락opposable thumb을 가지고 있지만, 집게손가락 끝과 엄지손가락이 넓은 면적으로 접촉하는 것은 인류의 독특한 특성이다. 실제로 엄지손가락이 부상이나 절단으로 부재할 경우, 손의 기능이 40퍼센트 이상 상실되는 것으로 추정된다. 엄지손가락의 소실은 일상생활에서 매우 중대한 일이기 때문에 엄지발가락을 손에 붙여서 맞대는 기능을 다시 부여하는 재건 수술이 종종 행해지기도 한다. _47쪽

사람 사이 대부분의 소통에는 눈으로 보는 것과 귀로 듣는 것이 포함되지만, 접촉하는 것 역시 매우 필수적인 요소이다. 직원 수가 모자란 보육원에서 주로 나타나는, 신체 접촉이 결여된 유아들의 성장이나 발달에 장애가 있는 현상이나, 피부 대 피부로 어머니와 접촉을 많이 한 미숙아들은 호흡기 질환 및 감염 발생률이 낮다는 연구는 촉각 자극이 얼마나 중요한지 보여주는 증거가 된다. 이러한 촉각의 발달적 측면을 넘어서서, 피부를 의사소통의 매개체로 사용하는 것에 대한 관심은 19세기 초의 점자의 발달로 이어졌다. _94쪽

햅틱 장갑은 뇌졸중이나 다른 신경계 장애로 인해 손을 움직이거나 감각을 느끼는 능력을 상실한 환자를 위해 손의 사용을 재훈련하는 것을 돕는 형태로 여러 임상 연구 환경에서 사용되었다. 햅틱 장갑은 움직임을 측정하고 사용자의 재활을 도울 수 있는 증강된 피드백을 제공하는 데 사용될 수 있다. 햅틱 장갑이 가상환경과 결합되면 일종의 게임을 만들 수 있는데, 환자가 병원이나 클리닉이 아닌 가정에서 개인적으로 운동을 할 수 있게 하여(재활에서 중요한 일이다) 설정된 목표를 달성하도록 환자를 독려할 수 있다. _116~117쪽

근래에 원격조종을 활용하여 상업적인 성공을 거둔 대표적인 예가 다빈치 수술 시스템da Vinci Surgical System(Intuitive Surgical, Inc.)이다. 외과의사는 원격조종기를 사용하여 동작을 수행하고 이 동작은 외과 도구를 잡고 있는 로봇 팔에 재현되어 환자에게 수술을 진행한다. 이 시스템은 외과의사의 손 떨림과 같은 어떠한 치명적인 문제도 걸러낼 수 있다. 로봇 팔을 제어하여 만들어낼 수 있는 동작의 정밀도는 외과의사의 정밀도를 능가한다. _153쪽

촉각을 길 찾기의 보조도구로 사용하는 것은 촉각 디스플레이의 가장 유망한 일반적 응용 사례 중 하나이다. 만약 휴대전화의 길 찾기 응용 프로그램과 통신하면서 진동 전동기나 감지기를 탑재하여 사용자에게 방향 정보를 제시할 수 있는 영리한 신발이나 옷이 있다면, 휴대전화를 쳐다보면서 가로등 기둥이나 차 앞으로 걸어가는 사람에 대한 보고가 줄어들 것이다. _159쪽