감각보완/대체 기술

□ 감각보완/대체 기술 개발역사


박쥐가 어둠 속에서 장애물을 피할 수 있는 방법을 연구하면서 1944년 하바드대 Donald Redfield 교수는 반향정위(反響定位, Echolocation)라는 용어를 만들었다. 이 용어는 전자기파나 진동, 소리를 발생, 방사시켜서 멀리 있는 물체로부터의 반사파로 물체의 위치, 크기, 이동속도 등을 알아내는 능동탐지기술을 설명하고자 하였다. 같은 시기에 코넬대 Karl M. Dallenbach 교수팀은 시각장애인이 자신의 발소리와 주변 환경에서 벽과 다른 표면에서 튀어 나오는 소리의 메아리를 듣는 것을 확인하였다. 1962년 플로리다 주립대 Winthrop N. Kellogg 교수는 인간이 주변 환경에서 물체를 구별하기 위해 반향정위를 사용하는지를 연구하였다.


저가의 오픈소스 초음파 감지 기반 ETA를 개발

초음파를 이용한 촉각 피드백으로 시각장애인의 보행보조기기 (Electronic Travel Aids, ETA)들이 상용화되고 있으나 가격이 비싸서 대중화에 어려움이 있어 미시간 기술대 Joshua M. Pearce 교수팀은 시각 장애인을 위한 저가의 오픈소스 초음파 감지 기반 ETA를 개발하였다. 연구진은 즉시 구매가능한 구성요소 및 3D 프린팅 부품으로 24 달러 미만의 예산으로 오픈 소스 내비게이션 지원 시스템을 제작하였다. 이 시스템은 자연 능동감지 방식을 사용하여 포인트 거리정보를 전달하고 4미터 범위내의 장애물에 대해 다양한 진동패턴으로 시각장애인에게 전달한다. 알려지지 않은 장애물이 있는 복도 보행, 실내의 여러 코너를 우회, 계단 보행, 열린 문 감지, 거리에서 장애물 감지 및 우회, 보행자와의 충돌을 회피 등을 성공적으로 수행하였다.


SoV 프로젝트

루마니아의 Iasi 기술대 Adrian Burlacu 교수팀이 EU의 Horizon 2020 연구 프로그램의 일부로 SoV(Sound of Vision) 프로젝트를 진행하고 있다. 시각장애인을 위한 감각대체 기기를 개발하는 이 프로젝트는 스테레오 비전에 의존하여 사용자에게 오디오 및 / 또는 햅틱 표현을 제공한다. 이 연구에서는 하드웨어와 소프트웨어를 사용하여 주변 환경의 3D 표현을 생성한 후, 3D 모델 내에서 객체를 식별한 다음 정보를 3D음원으로 변환하는 데, 모든 3D 사운드 소스는 특수한 웨어러블 하드웨어 및 알고리즘을 사용하여 사용자에게 결합되어 재생된다. 이 연구의 특징은 스테레오 기반 재구성 및 세분화를 위한 아키텍처 디자인으로 시끄러운 깊이 데이터와 동적 요소가 있는 환경에서도 안정적인 3D 표현을 제공한다는 점으로 실제로 시각 장애인을 도울 저렴한 상용 제품이 될 가능성이 기대된다.


□ 감각보완/대체 기술기업


◾ 위캡

위캡(Wicab)은 위스콘신대 Paul Bach-y-Rita 교수의 감각대체 연구를 기반으로 1998년 설립되었다. 연구팀은 혀가 민감하고 좋은 공간판별능력을 가지고 있기 때문에 전기촉각적 자극에 적합하다고 인식하였다. 혀 감수성과 질감의 개인간 변동성은 피부와 비교하여 작으며, 타액이 전해액으로 작용하여 전기 자극에 적합한 낮은 임피던스 표면을 보장하기 때문이다. 2001년 프로토타입인 혀 표시장치(tongue display unit, TDU)를 개발하였다. TDU는 처음에 전정 시스템 기능 장애자의 균형 조절을 향상시키는 데 사용하려 하였으나 불충분한 효과로 중단되고, 시력 대체장치로 개발방향을 전환하여 2011년에 브레인포트 V100(BrainPort V100) 시력보조기구를 개발하였다. 안경장착형 비디오카메라로 얻은 시각정보를 혀의 등 표면에 위치한 이식되지 않은 400개의 전극으로 전달하는 브레인포트는 빛의 지각, 빛의 위치, 선 방향 및 간단한 물체의 식별 등에서 효과가 입증되어 ,2013년 유럽 CE 마크, 2015년 미국 FDA 승인을 받았다. 브레인포트는 시각 장애인이 빛을 인식하고, 간단한 물체를 식별하고, 짧은 단어를 인식하고, 간단한 물체를 현지화하고, 물체의 움직임과 방향을 감지할 수 있게 하나, 이를 위해서는 적절한 재활 및 훈련 체제가 중요하다. BrainPort는 수술없이 다양한 실명환자의 기능을 향상시키며 (US 1만달러에 판매), 일상적인 환경에서 1년 동안 장치를 사용하고 한 달에 최소 100분 동안 장치를 사용한 총 75명의 맹인에게서 심각한 부작용은 보고되지 않았다.


◾ 네오센소리

미국 텍사스 베일러 의대의 박사과정 학생이던 Scott Novich와 David Eagleman교수가 개발하고 청각신호를 촉각정보로 전달하는 장치인 VEST(Versatile Extra-Sensory Transducer)를 개발하고 이의 상용화를 위하여 2015년 네오센소리(Neosensory)를 설립하고, 1600만 달러의 투자를 유치하였다. VEST는 32개의 개별 모터가 있는 햅틱 조끼로 마이크가 주변에서 소리를 들을 때 진동하는 모터 배열이 장착되어 있다. 마이크로폰에 의해 픽업된 사운드는 마이크로 컨트롤러에 의해 처리된 후 데이터를 사람이 느낄 수 있는 복잡한 진동으로 변환되는 데, 착용자는 약간의 훈련을 통하여 촉각적 수단을 통해 소리를 인식할 수 있다. 2020년에는 웨어러블 밴드로 버즈(Buzz)를 출시하였다. 버즈는 주변의 소리를 포착하고 사용자의 손목에 있는 여러 모터를 통해 진동 패턴으로 변환한다. 사운드의 강도와 피치에 따라 29,000개가 넘는 고유한 패턴을 만들 수 있으며 사용자 정의 가능한 설정을 포함할 수 있다. 초인종, 말하는 사람들, 웃음, 개 짖는 소리, 아기 울음, 전화 알림, 알람 시계 및 주변 소리와 같은 소리를 인식 할 수 있다. 진동은 연기 경보, 사이렌 또는 자동차 경적 소리와 같은 비상 상황에 대해 사용자에게 경고할 수 있으며, 앱을 통해 사용자는 일상적인 소리나 음악 듣기, 밤에 안전하게 비상 경보의 진동을 느낄 수 있다는 것을 알기 위해 모드를 전환 할 수 있으며 주파수 범위 및 진동 강도와 같은 설정의 수정이 가능하다.