HydroHaptics: 실제 힘 피드백이 있는 부드러운 표면

촉각은 우리에게 가장 중요한 감각 중 하나이며, 우리가 태어나기 전부터 발달하기 시작합니다. 실제로 인간 배아학에서 가장 먼저 발달하는 감각입니다.

As an integral part of our lives, touch occurs when specialized neurons sense tactile information from the skin and convey it to the brain, where it is perceived as temperature, pressure, pain, and vibration.

우리의 감각 신경은 매우 다양하며, 그 말단은 다양한 감각 구조에 위치합니다. 이 신경들은 조화롭게 작동하여 다양한 촉각 특성을 감지합니다.

우리가 촉각의 복잡한 언어를 이해하게 되면서, 이를 기술을 통해 재현하는 능력도 향상되었습니다. 여기서 햅틱이 등장하는데, 인간의 촉각 풍부함을 디지털 및 기계적 경험으로 변환하는 신흥 분야입니다.

그리스어 ‘haptein’(접촉 또는 만지다)에서 유래한 햅틱은 촉각을 통한 감지와 조작을 의미합니다. 또한 진동이나 힘 피드백과 같은 촉각 감각을 만들기 위해 기술을 사용하는 것을 포함합니다. 예시로는 게임 컨트롤러, 스마트폰 진동, 로봇 수술, 가상 현실 등이 있습니다.

Haptics enables a user to touch and feel distant objects indirectly. Special devices like joysticks and data gloves provide feedback from computer applications in the form of tactile sensation. By providing forced feedback to those interacting with virtual environments, haptics create a bi-directional flow of information.

햅틱 기술의 진화

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약 반세기 전 도입된 이래로, 햅틱은 질감, 온도, 압력, 심지어 부드러움까지 일상 물체에 구현할 수 있는 정교한 분야로 발전했습니다. 이 새로운 세대의 햅틱은 디지털 경험을 실제 물리적 상호작용에 가깝게 만들 것을 약속합니다.

The diverse range of haptic technologies shaping today’s interfaces shows just how much the technology has rapidly advanced.

스마트폰과 웨어러블은 진동 피드백을 이용해 진동을 생성하고, 터치스크린과 트랙패드의 정전기 햅틱은 매끄러운 화면 위에 질감이나 마찰을 만들어냅니다. 열 햅틱은 온도 변화를 시뮬레이션해 가상 상호작용에 더 큰 현실감을 부여합니다.

Force Feedback은 압력이나 움직임 감각을 추가해 상호작용을 더욱 실감나게 합니다. 햅틱 액추에이터와 모터는 게임 컨트롤러나 VR 장치에서 저항감을 느끼게 합니다.

이 외에도 전기활성 및 마그네토레올로지 고분자와 같은 신소재가 전기나 자기장에 반응해 형태나 경도를 바꾸며 유연한 햅틱 피드백을 가능하게 합니다.

그 다음은 전압을 이용해 정밀하고 국부적인 피드백을 제공하는 피에조 햅틱이며, 작은 측면 힘은 피부에 미세한 측면 힘을 가하고, 마이크로플루이딕 햅틱은 작은 유체 채널을 사용해 촉각 감각을 시뮬레이션합니다.

이 성장하는 분야의 또 다른 기술은 공압식 및 수압식 햅틱으로, 공기 또는 액체 압력을 활용해 그립 강도, 무게, 충격 등을 시뮬레이션합니다.

그 중에서도 수압식 햅틱은 고충실도 햅틱 기술로 연구자들 사이에서 큰 관심을 받고 있습니다. 이 신기술은 강력하고 현실감 있는 감각을 제공해 기존 진동 기반 햅틱의 한계를 뛰어넘습니다.

액체를 사용함으로써 강하고 정밀하며 동적인 힘 피드백을 만들 수 있습니다. 또한 수압식 햅틱 시스템은 다양한 온도의 물을 빠르게 순환시켜 빠르고 현실감 있는 열 감각을 제공할 수 있습니다. 게다가 수압식 및 공압식 시스템은 부드럽고 유연한 장치에 통합될 수 있어, 사용자 피로를 줄이고 손재주를 유지하는 자연스러운 웨어러블 햅틱을 가능하게 합니다.

현재 햅틱 장치가 종종 부피가 크고 딱딱해 일상적인 상호작용에 부적합한데, 연구자들은 소형 수압 펌프와 액추에이터를 개발해 작고 실용적인 웨어러블을 만들었습니다.

예를 들어, 몇 년 전 Autodesk Research, University of Manitoba, University of Toronto 연구진이 HydroRing¹이라는 장치를 개발했는데, 이는 손가락에 착용해 온도, 진동, 압력 감각을 전달해 혼합 현실 햅틱 상호작용을 가능하게 합니다.

활성 상태에서는 얇고 유연한 튜브를 통해 액체가 손가락 패드 전체에 흐르며 감각을 전달합니다. 수동 모드에서는 사용자의 손재주와 자극 인식에 거의 영향을 주지 않습니다.

최근 Georgia Tech 연구진은 소프트 햅틱 링²을 발표했는데, 이는 공압식과 수압식 구동을 결합해 근위 지골에 부드러움, 거칠음, 열감을 모방합니다. 이 링은 인간 피부와 기계적 특성이 유사한 EcoFlex 00-30 실리콘으로 제작돼 사용자가 손끝으로 주변을 탐색할 수 있게 합니다.

디자인은 공압 팽창을 통한 진동, 수압 회로 내 물 순환을 통한 열 감각, 그리고 동시에 압력을 제공하도록 설계되었습니다.

링과 렌더링 기술의 효과를 평가하기 위해 연구진은 15명의 참가자를 대상으로 사용자 연구를 진행했으며, 가상 텍스처를 실제와 매칭하는 정확도가 최대 90%에 달했습니다. 다차원 형용사 평가에서도 장치가 다양한 촉각 감각을 효과적으로 전달함을 확인했습니다.

몇 년 전 Carnegie Mellon University 연구진은 OLED 화면에 삽입할 수 있을 정도로 얇은(5mm) 수압식 햅틱³을 개발해 터치스크린 알림을 물리적으로 느낄 수 있게 했습니다.

새로운 디스플레이 기술은 사용자가 알림을 더 몰입감 있게 경험하고, 버튼을 누르며, 키보드를 입력할 수 있게 합니다. 연구진에 따르면 이 프로토타입은 음악 플레이어, 게임, 전기차 등 다른 기기에서도 동적 인터페이스를 구현할 수 있습니다.

현재 University of Bath 연구진은 탭과 압착까지 감지하는 반응형 새로운 기술⁴인 HydroHaptics를 개발했습니다.

왜 수압식 햅틱이 공압식을 능가하는가 (HydroHaptics 설명)

부드럽고 유연한 인터페이스는 독특한 상호작용 가능성을 제공하지만, 힘 피드백이 제한적입니다. 여기서 공압식 접근법은 반응성과 정밀도가 부족하고, 마이크로 수압식 솔루션은 입력이 제한됩니다.

따라서 수압식 시스템이 완벽한 선택이 됩니다. 수압식 시스템은 공기 대신 액체를 작업 유체로 사용해, 압축성 때문에 속도와 정확도가 제한되는 공압식과 달리 더 높은 정밀도와 반응성을 제공합니다.

현재 인터랙티브 수압 모델은 주로 마이크로 수압을 사용해 제어성을 높이지만, 부피 제한으로 인해 작은 버튼에만 적용 가능해 입력 유연성과 형태 다양성을 제한합니다.

수압 인터랙티브 시스템을 설계할 때는 누수, 제한된 역구동성, 특수 부품 필요성 등으로 구현이 어려워집니다.

그래서 연구진은 HydroHaptics라는 새로운 시스템을 만들었으며, 이는 수압 전송을 통해 변형 가능한 인터페이스에 고충실도 힘 피드백을 제공합니다. 이 플랫폼은 부드러운 인터페이스의 힘 피드백 품질을 높이면서 유연성, 부드러움, 입력 자유도라는 풍부한 사용자 경험을 유지합니다.

이 기술은 여러 장점을 가지고 있습니다. 우선 브러시리스 DC 모터로 구동되며 펌프, 밸브, 레귤레이터가 필요 없습니다. 콤팩트 모터의 가용성, 비용 효율성, 제어 옵션을 활용해 HydroHaptics에서 힘 피드백 효과를 만들 수 있습니다.

구성 요소가 적어 확장성이 높고 누수에 대한 민감도가 낮으며, 대부분의 부품이 기성품이거나 3D 프린트된다는 점도 장점입니다.

또한 HydroHaptics는 힘 입력 상호작용을 감지하고 힘 피드백을 전달하는 양방향성을 내재하고 있습니다. 이는 사용자가 착용하거나 잡고 있는 물체와 양방향 통신이 가능함을 의미합니다.

이 모든 이점은 부드러운 인터페이스에서 햅틱 상호작용을 탐구하고 새로운 변형 가능한 장치를 개발할 수 있는 독특한 기회를 제공합니다.

HydroHaptics는 밀폐된 수압 셀을 갖춘 오픈소스 시스템으로, 고정된 양의 액체가 들어 있어 압축 불가능하고 두 유연한 표면을 수압 전송으로 연결합니다. 이를 통해 양방향 힘 전송이 가능합니다.

선형 기계 액추에이터가 햅틱 엔진 역할을 하며, 유체를 이동시켜 변형 가능한 인터페이스에 힘 피드백을 제공합니다. 인터페이스가 변형될 수 있도록 동일 엔진이 변형 인터페이스에 가해지는 힘에 반응해 움직이며, 수압 셀 내부 압력을 조절해 다양한 강성 수준을 구현합니다.

이 방식을 사용하면 사용자는 진동, 날카로운 클릭, 다양한 저항을 느낄 수 있으며, 표면은 자연스러운 부드러움과 유연성을 유지합니다. “지금까지는 불가능했던 일”이라고 Bath 대학 컴퓨터 과학 박사과정 학생이자 연구 공동 책임자인 James Nash는 말했습니다.

따라서 사용자는 물리적인 컴퓨터 마우스, 의류 아이템, 쿠션 등을 꼬집거나 탭하거나 비틀 수 있으며, 그 물체는 빛을 어둡게 하거나 화면에 조각을 만들거나 TV 채널을 바꾸는 등 표현력 있고 의미 있는 방식으로 반응합니다.

사용자 입력은 내부 압력을 모니터링함으로써 감지될 수도 있습니다.

“사용자의 입력은 물체를 통해 시스템에 감지되고, 사용자는 변형 가능한 표면을 통해 시스템의 햅틱 반응을 느낍니다.”

– Bath 대학 컴퓨터 과학 부서 연구 책임자 Jason Alexander 교수

이렇게 HydroHaptics는 기존 접근법으로는 실현하기 어려운 부드럽고 변형 가능한 인터페이스에서 독특한 햅틱 경험을 가능하게 합니다.
HydroHaptics를 통해 연구진은 일상적인 물건과의 촉각 기반 상호작용에 대한 흥미로운 기회를 열었습니다. 이 기술은 게임, 웨어러블 기술, 의료 시뮬레이션, 제품 디자인 등 다양한 분야에 큰 혜택을 줄 수 있습니다.

인간-컴퓨터 상호작용의 다음 물결

Bath 대학 컴퓨터 과학자 팀은 몇 주 전 ACM Symposium on User Interface Software and Technology (UIST ’25)에서 HydroHaptics 연구를 발표했으며, 논문은 우수상 언급을 받았습니다.

현재 시스템은 원통형 형태이며, 상단에는 실리콘으로 만든 변형 가능한 돔이 있어 셀의 상단 표면을 노출하고, 하단도 유연한 실리콘 막으로 밀봉됩니다. 셀 바로 아래에는 압력 센서와 DC 모터에 의해 구동되는 스크류 캐리지가 있습니다.

사용자가 돔을 누르거나 짜면 물이 이동해 하부 막을 누르고 늘립니다. 센서는 압력 증가를 감지하고 이를 해당 제스처와 명령에 매핑합니다.

촉각 피드백을 제공하기 위해 장치는 모터를 사용해 셀을 아래에서 압축해 돔을 사용자의 손가락 위로 밀어 올리며, 진동, 뚜렷한 클릭, 혹은 장력 있는 버튼을 느끼게 합니다.

HydroHaptics가 미세한 힘 피드백을 통해 상호작용을 향상시키는 능력을 보여주기 위해 팀은 네 가지 일상 애플리케이션에 통합했습니다.

부드러운 실리콘 돔이 있는 변형 가능한 컴퓨터 마우스로, 사용자가 마우스 표면을 눌러 디지털 객체를 스컬프팅할 수 있습니다.

부드러움을 유지하면서 햅틱 피드백을 제공하는 작은 인터랙티브 쿠션. HydroHaptic 파우치를 쿠션에 삽입해 눌리거나 짜일 때 스마트 기기를 제어합니다.

스트랩을 통해 몸에 힘 피드백을 제공하는 백팩. 어깨 탭과 프레스를 통해 스마트폰 알림을 전달하며, 내비게이션에도 활용됩니다.

3D 프린트된 힘 증강 조이스틱은 HydroHaptic 기술로 개선돼 비디오 게임 몰입감을 높입니다. 게임 중에 플레이어에게 장력, 저항, 급격한 충격을 시뮬레이션하는 햅틱 피드백을 제공합니다.

이러한 애플리케이션은 부드럽고 유연한 인터페이스와 물체에 고품질 햅틱 피드백을 처음으로 통합했음을 보여줍니다. 팀은 이 기술이 다양한 인터랙티브 디바이스에 큰 잠재력을 가지고 있다고 보고 있습니다.

“우리 실험은 인간이 부드러운 물체와 의미 있게 상호작용할 수 있는 신뢰할 수 있는 시스템임을 보여주며, 이는 우리의 생활과 업무 방식을 향상시킬 것입니다.”

– Jason Alexander 교수

HydroHaptics의 잠재력을 설명하기 위해 그는 사용자가 기대고 있는 쿠션에서 물리적 효과를 느끼는 예를 들었습니다. 예를 들어 TV에서 자동차가 울퉁불퉁한 도로를 달릴 때 쿠션이 진동하고, 누군가가 단단한 벽에 부딪히면 쿠션이 단단해지는 식입니다. 또 다른 예는 백팩 착용자가 스마트폰 없이도 내비게이션을 할 수 있게, 스트랩이 어깨에 부드러운 압박을 가해 길을 안내하는 경우입니다.

“이것은 이 기술이 가까운 미래에 우리 생활에 통합될 수 있는 많은 방법 중 두 가지에 불과합니다.”

– Alexander 

기술 성능을 평가하기 위해 팀은 고정밀 로봇 팔을 사용한 일련의 기술 평가와 사용자 연구를 진행했습니다. 연구 동안 HydroHaptics는 평균 82.6%의 식별 정확도와 가장 뚜렷한 효과에서는 92.8%의 정확도를 보였습니다.

다른 연구팀도 부드럽고 변형 가능한 인터페이스를 연구하고 있지만, 국부적인 감각이나 낮은 충실도의 피드백을 보여주는 프로토타입을 만들었을 뿐, HydroHaptics와 같은 규모, 정밀도, 해상도를 달성하지 못했습니다.

팀은 기술에 대한 관심이 충분히 있다면 HydroHaptics 제품이 곧 시장에 나올 수 있다고 믿습니다. “충분한 자원이 있다면 1~2년 안에 제품이 될 수 있을 것”이라고 Alexander 교수는 말했습니다.

하지만 먼저 엔진을 소형화해 상업용에 적합하도록 해야 합니다.

시스템에는 기술적 제한도 있습니다. 논문에 따르면 수압 셀 내부에 공기가 갇히거나 시간이 지나면서 누수가 발생해 성능이 저하될 수 있습니다. 또한 높은 출력 압력은 큰 전력을 필요로 하며 열 문제를 일으킬 수 있습니다.

햅틱 엔진에 관해서는 팀의 접근 방식이 강체에 의존하고, 유연한 튜빙을 통해 분리될 수는 있지만 인터페이스와 연결된 상태를 유지해야 하며, 완전히 변형 가능한 인터페이스에는 항상 실현 가능하지 않을 수 있습니다. 연구는 다음과 같이 언급했습니다:

“HydroHaptics는 완전 변형 가능한 햅틱 힘 피드백 시스템을 달성하기 위한 장기 목표를 향한 의미 있는 단계이며, 향후 작업은 강체 부품의 수와 크기를 줄이는 데 초점을 맞춰야 합니다.” 

햅틱 기술에 투자하기

Texas Instruments (TXN )는 다양한 시장을 위한 아날로그 및 임베디드 프로세싱 칩을 개발하는 반도체 거인입니다.
TI는 햅틱 드라이버, 터치스크린 컨트롤러, 소비자 전자 및 산업 제품을 위한 촉각 피드백 생성 소프트웨어 라이브러리를 포함한 통합 솔루션을 제공하는 햅틱 산업의 주요 플레이어이기도 합니다.

Texas Instruments (TXN )

시가총액 1605억 달러에 TXN 주식은 현재 $176.93에 거래되고 있으며, 연초 대비 5.83% 하락했지만 4월 저점 대비 26.4% 상승했습니다. TXN 주식은 7월에 $221.69의 사상 최고가를 기록했습니다.
Texas Instruments는 EPS (TTM) 5.28, P/E (TTM) 33.46을 보유하고 있습니다. 주주에게는 3.22%의 배당 수익률이 제공됩니다. 10월 16일, TI는 보통주 1주당 $1.42의 분기 현금 배당을 선언했으며, 지난 달 4% 인상되어 22년 연속 배당 증가를 기록했습니다.

최근 실적 (2025년 2분기): Texas Instruments 보고 매출 $44.5억 (+16% YoY, +9% QoQ), 순이익 약 $13억, EPS $1.41. 경영진은 3분기 매출을 $44.5–$48.0억으로 전망했습니다. 자유 현금 흐름 (TTM)은 2025년 2분기 보고서에서 약 $18억이었습니다.

결론

햅틱 분야가 확장하고 성장함에 따라, HydroHaptics는 기술이 우리를 어떻게 만지고, 우리가 기술에 의해 어떻게 만져질지에 대한 패러다임 전환을 나타냅니다. 부드럽고 변형 가능한 인터페이스와 정밀한 힘 피드백을 결합함으로써, 이 기술은 장치와 환경과의 보다 풍부하고 자연스러운 상호작용을 열어줍니다.

몰입형 엔터테인먼트부터 의료 훈련, 스마트 홈에 이르기까지, 이 기술은 인간과 기계가 소통하는 방식을 재정의할 수 있습니다.

References:

1. Han, T., Anderson, F., Irani, P., & Grossman, T. (2018). HydroRing: Supporting mixed reality haptics using liquid flow. In Proceedings of the 31st Annual ACM Symposium on User Interface Software and Technology (UIST ’18) (pp. 913–925). Association for Computing Machinery. https://doi.org/10.1145/3242587.3242667
2. Sanz Cozcolluela, A., & Vardar, Y. (2025). Generating multimodal textures with a soft hydro-pneumatic haptic ring. Elsevier BV. https://doi.org/10.2139/ssrn.5170637
3. Shultz, C., & Harrison, C. (2023). Flat Panel Haptics: Embedded electroosmotic pumps for scalable shape displays. In Proceedings of the 2023 CHI Conference on Human Factors in Computing Systems (Article 745). Association for Computing Machinery. https://doi.org/10.1145/3544548.3581547
4. Nash, J. D., Sauvé, K., van Riet, C. M., van Oosterhout, A., Sharma, A., Clarke, C., & Alexander, J. (2025). HydroHaptics: High-Fidelity Force-Feedback on Soft Deformable Interfaces using Hydrostatic Transmission. In A. Bianchi, E. Glassman, W. E. Mackay, S. Zhao, J. Kim, & I. Oakley (Eds.), Proceedings of the 38th Annual ACM Symposium on User Interface Software and Technology (UIST ’25) (Article No. 59). Association for Computing Machinery. https://doi.org/10.1145/3746059.3747679