햅틱 기술의 발전으로 이중 샘플링 방식이 도입되어 다중 DOF(Degree Of Freedom) 햅틱 인터페이스의 성능이 크게 향상됐다. 이 새로운 방법은 현실적이고 몰입도 높은 가상 환경 생성에 핵심적인 강화된 가상 강성과 감쇠의 안정적인 묘사를 보장한다. 국제 기계 시스템 역학 학회(International Society of Mechanical System Dynamics)는 샘플링 속도가 증가함에 따라 발생하는 Z-너비 감소 문제를 해결함으로써 햅틱 상호작용 품질을 개선했다고 밝혔다.

햅틱 피드백은 가상 현실과 원격 조작 시스템의 진정성과 몰입도를 위한 핵심 요소이다. 그러나 기존의 햅틱 장치들은 자유도와 표현 범위의 제약으로 인해 촉각적 속성을 복제하는 데 어려움을 겪어왔다. 이러한 한계로 인해 햅틱 시스템의 반응성과 적응성을 향상시킬 수 있는 혁신적인 솔루션에 대한 긴급한 탐구가 시작되었다.

이슬람 과학기술대학교(Islamic University of Science and Technology)와 스리나가르 국립기술연구소(National Institute of Technology Srinagar)의 공동 노력으로 햅틱 분야에 획기적인 발전이 이루어졌다. 2024년 6월 5일 국제 기계 시스템 역학 저널에 게재된 그들의 연구(DOI: 10.1002/msd2.12115)는 다중 DOF 햅틱 인터페이스를 위한 이중 샘플링 접근법을 제시했다.

이 연구의 핵심은 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA)에 정교하게 구현된 이중 샘플링 방식의 적용에 있다. 이 전략은 가상 환경의 강성과 감쇠 구성 요소를 병렬 피드백 루프로 분리하고 두 개의 서로 다른 샘플링 속도로 렌더링함으로써, 안정적으로 구현할 수 있는 가상 임피던스의 스펙트럼인 Z-너비를 효과적으로 확장한다. 속도 추정과 충돌 감지를 위한 정교한 디지털 로직을 포함하는 FPGA 기반 구현은 특히 어렵지만 성공적으로 달성되었다. 이를 통해 가상 환경에서 더 안정적인 상호작용이 가능할 뿐만 아니라, 더 넓은 범위의 가상 임피던스를 렌더링할 수 있는 햅틱 인터페이스 개발로 의료 교육, 원격 수술, 고급 시뮬레이션 환경에 응용할 수 있다.

이 연구의 주요 연구자인 마지드 쿨(Majid Koul) 박사는 “이중 샘플링 방식은 햅틱 인터페이스의 전통적인 한계를 깨뜨리고, 더 높은 샘플링 속도에서 안정성을 유지하면서 더 넓은 동적 범위의 가상 임피던스를 제공한다. 이 혁신은 가상 및 원격 환경에서 사용자 상호작용의 품질을 향상할 것”이라고 말했다.

의료 전문가들에게 실제 조직의 촉각적 특성을 면밀하게 모방하는 시뮬레이션을 제공하는 것부터 원격 조작자들이 전례 없는 정밀도로 섬세한 원격 작업을 수행할 수 있게 하는 것까지, 이 이중 샘플링 방식은 향상된 현실감과 신뢰성을 제공할 수 있다.

가상 현실과 엔지니어링 설계에 이 기술을 통합하면 새로운 대화형 경험과 정교한 3D 모델 조작이 시작되어 디지털 애플리케이션에 햅틱이 원활하고 통합될 것으로 보인다.