KR20220088780A - 웨어러블 게임 디바이스 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 비디오 게임을 플레이하는 동안 플레이어가 착용하도록 구성된 웨어러블 게임 디바이스에 관한 것이다. 여기서 개시된 본 발명의 웨어러블 게임 디바이스는 사용자가 비디오 게임의 캐랙터가 현재 격고있는 감각들을 느끼도록 하여, 깊이 몰입된 게임 체험을 제공한다. 이 웨어러블 게임 디바이스는 조끼 또는 수트로서, 여기에는 수트에 의해 덮인 모든 단일 근육들이 제어 유닛에 의해 생성된 펄스에 의해 전기적으로 자극될 수 있도록 일련의 전극들이 전략적으로 배치된다. 상기 전극들은, 플레이어의 피부에 빠르고 용이한 고정을 가능하게 하고 높은 전기 전도성을 또한 제공하는 전도성 겔 층으로 커버된다.

Description

웨어러블 게임 디바이스 및 방법

본 발명은 웨어러블 디바이스들, 특히 웨어러블 게임 디바이스들의 기술 분야에 관한 것이다.

본 발명의 대상은, 애플리케이션으로부터, 특히 컴퓨터 비디오 게임 또는 다른 소프트웨어 애플리케이션들로부터 사용자에게 물리적 피드백을 제공하는 웨어러블 게임 디바이스에 관한 것이다.

비디오 게임들의 세계는 가장 초기로부터 게임용 주변기기들로 둘러싸여 있었다. 조이스틱들은 80년대에 널리 보급된 반면, 햅틱 디바이스들은 90년대에 보편화되었다.

햅틱 디바이스들은 주로 전기 구동 모터에 의해 진동을 생성하는 기계 기반 진동 디바이스들에 기초하였고, 지금도 여전히 기초하고 있다. 이들 디바이스들은 현재 비디오 게임에서 수행되고 있는 상황의 실제 감각이나 느낌을 제공하지 않는데, 왜냐하면 햅틱 엔진이 신체의 외부 부분만을 자극하기 때문이다; 따라서 임의의 더 깊은 동작은 적절하게 시뮬레이션될 수 없다 즉, 복부를 찌르는 것은 비디오 게임에서 펀치나 로우 킥이 될 수 있는 복부의 외부 진동이나 파동보다 더 깊은 지각을 필요로 한다.

따라서, 임의의 유사한 인간-기계 상호작용에도 적용할 수 있는 실제 비디오 게임 경험을 위해 더 깊은 감각이 제공되어야 한다는 것이 널리 인정되었다.

이러한 의미에서, 유럽특허 출원 제EP3023867A2호는, 사용자의 생체 및/또는 운동학적 파라미터들을 취하는 것, 사용자의 생체 및/또는 운동학적 파라미터들을 애플리케이션 프로그램으로 전송하는 것, 애플리케이션 프로그램에서 피드백 신호들을 생성하는 것, 피드백 신호들을 컴퓨팅 디바이스에 전송하는 것, 피드백 신호를 처리하는 것, 및 사용자의 피부와의 접촉을 통해 사용자의 신경계에서 물리적 감각을 불러일으키는 피드백 펄스들을 공급하는 것을 포함하는 가상 환경과 사용자의 상호 생리학적 및 기술적 동기화를 위한 방법을 제공하며, 피드백 펄스들은 전기 펄스들을 사용하여 제공된다. EP3023867A2에 의해 개시된 방법은 애플리케이션 프로그램으로 전송되는 사용자의 생체 및/또는 운동학적 파라미터들을 사전에 취하는 것을 필요로 한다.

EP2291115B1은 신체의 변조 없는 전기 자극을 위한 웨어러블 디바이스 및 시스템을 개시하며; 이러한 디바이스는 주로 사용자 신체의 일부에 맞는 사용자 신체의 신경근 전기 자극(NMES) 또는 근전도자극(electromyostimulation)으로 알려진 전기 근육 자극(EMS)의 적용을 지향하고, 자극 전류를 사용자의 신체에 전달하는 웨어러블 디바이스에 내장된 적어도 하나의 전극을 포함한다. EP2291115B1의 디바이스는 자극 전류를 생성하도록 구성된 제어 유닛과 적어도 하나의 전극 사이의 중간 연결부로서 연결 지점을 제공한다. EP2291115B1에서 검출기는 연결 지점과 적어도 하나의 전극 사이의 물리적 관계의 변화가 미리 결정된 임계값을 초과하는지 검출하도록 구성되어, 디바이스의 오용 및 변조의 검출을 가능케 한다.

US9293015B2는 햅틱 효과 프로세서로부터 햅틱 효과에 기초한 햅틱 신호를 수신하기 위한 입력을 갖는 전기 근육 자극 전극을 위한 햅틱 구동 회로를 개시한다. US9293015B2의 구동 회로는 햅틱 신호를 기반으로 전기 근육 자극 전류를 생성하기 위한 로직을 포함하며; 따라서 사용자의 피부에 접촉하는 전극은 전기 근육 자극 전류를 수신하여, 전극 근처의 근육들의 수축 및 이완에 의한 햅틱 효과를 야기한다.

EP3182266A1은 햅틱 효과를 결정하고 햅틱 효과와 관련된 햅틱 신호를 전송하는 것을 목표로 한다. EP3182266A1에 개시된 시스템은 또한 햅틱 신호를 수신하고 햅틱 효과를 출력하도록 구성된 다기능 햅틱 출력 디바이스를 포함할 수 있고; 상기 다기능 햅틱 출력 디바이스는 차례로 단일 햅틱 액츄에이터를 포함할 수 있다.

본 발명은 웨어러블 게임 디바이스 및 비디오 게임을 플레이하는 동안 상기 웨어러블 디바이스를 착용한 사용자를 물리적으로 자극하기 위한 방법을 개시한다.

따라서, 본 발명의 제 1 양상은 바람직하게는 복수의 전극을 구비한 한 피스의 의복에 구현되는 웨어러블 디바이스에 관한 것으로, 복수의 전극은 비디오 게임을 하는 동안 수행되는 행동과 관련된 특정 감각을 나타내는 일련의 전기적으로 생성된 자극을 생성하는 방식으로 적어도 하나의 근육 또는 근육 그룹을 자극할 수 있도록 배열된다.

언급된 웨어러블 게임 디바이스를 착용하고 비디오 게임을 플레이하는 사용자에게 감각들을 생성하기 위한 방법의 목적은 주로 사용자가 상기 비디오 게임을 플레이하는 동안 상기 사용자의 하나 이상의 근육들을 전기적으로 자극함으로써 비디오 게임에서 수행되는 동작을 시뮬레이션하는 것에 관한 것이다.

본 발명의 방법은 전극들로 향하는 일련의 전기 펄스들을 생성하는 제어 유닛에 의해 수행된다. 상기 감각들은 출력 채널들이 연결되는 이중 H 브리지를 구비할 수 있는 제어 유닛에 의해 생성된다.

본 발명의 방법은 알려진 표준들 내에 위치될 필요가 있는 신호들를 생성할 수 있는, 임의의 유형의 파동, 심지어 본 기술분야에서 알려진 미리-설정된 파동들로부터 멀리 떨어진 파동을 제공한다. 즉, 이러한 특징은 우리가 기존의 파동들로부터 벗어날 수 있게 하고, 제어 유닛은 2상 사각형, 바람직하게는 대칭인 파동들을 생성함으로써 펄스(들)을 생성하여, 근육이 파동 내에서 반복할 필요 없이, 즉, 비동기 임펄스 트레인에 의해 자극될 수 있다.

2개의 근육들을 동시에 자극할 수 있는 가능성 덕분에, 본 발명은 2개의 근육들에서 임펄스 트레인들을 생성할 수 있고, 예를 들어 가슴에 들어가고 등을 빠져나가면서 양쪽 부분에서 출혈을 야기하는 총알을 시뮬레이션할 수 있다. 이를 위해 감각과 관련된 펄스들이 수신되는 각 근육들에 비대칭 및 다중 파형을 생성하였고, 다른 깊이와 시간을 통해, 두 근육들을 동시에 자극할 수 있어 보다 실제적인 감각을 생성할 수 있다.

본 발명의 임의의 양상의 임의의 실시예에서 "전도체" 및/또는 "전도성"이라는 단어는 전기 전도도 σ와 관련된 물리적 특성들을 언급하여 관계없이 사용된다는 점에 언급할 가치가 있다.

본 발명의 특성의 더 양호한 이해를 돕기 위해, 본 발명의 실제 실시예의 바람직한 예에 따라, 예시적이고 비제한적인 특성을 갖는 상기 설명의 필수 부분으로 한 세트의 도면들이 첨부된다.

도 1a - 1e는 구성의 상이한 부분들이 이해될 수 있도록, 상이한 관점들에서 본 발명의 웨어러블 게임 디바이스의 일련의 뷰를 도시하는 도면.
도 2는 모든 부분들이 내부에서 보여지는 개방형 조끼로서 본 발명의 웨어러블 게임 디바이스 대상의 도면.
도 3은 상이한 층들을 보여주는 전극의 분해도.
도 4a 및 4b는 본 발명의 웨어러블 게임 디바이스 대상의 전극에 대한 2개의 도면들로서, 여기서 전극은 전기 전도성 층과 루프를 나타내고, 루프는 적어도 전기 전도성 층(4a)과 전기적으로 접촉하는 케이블의 전도성 탄성 코어의 전도성 부분, 및 전기 전도성 층(4b)의 상부에 배열된 전기 전도성 겔 층으로 생성된다.
도 5는 외부 전기 절연 구조와, 전도체 층으로 덮인 탄성 구조를 차례로 포함하는 전도성 탄성 코어를 보여주는 케이블 및 내부 단면이 표시된 한 쌍의 도면들.
도 6은 제어 유닛에 의해 생성된 파동들이 표시된 2개의 그래프.
도 7은 제어 유닛에 의해 생성될 수 있는 2상 사각형 및 바람직하게는 대칭 파동들의 세부 사항을 도시하는 도면.

본 발명의 일 양상의 목적의 바람직한 실시예에서, 한 피스의 의복으로 제공된 웨어러블 게임 디바이스(1)는 케이블(3)에 의해 제어 유닛(4)에 연결된 전극들(2)의 세트를 구비하고; 이들 모두는 웨어러블 게임 디바이스(1)를 도 1에 도시된 것으로 렌더링하며, 여기서 케이블(3)은 바람직하게는 재봉에 의해 도 2의 조끼와 같은 한 피스의 의복에 고정되는 것으로 도시되어 있다.

케이블(3)은 외부 전기 절연 구조(33) 및 전도성 탄성 코어(31)를 포함하고, 전도성 탄성 코어(31)는 전극(2)의 전도성 층(22)에 전기적으로 연결되도록 구성된 전기 전도체 층(311)으로 덮인 탄성 구조(312)를 차례로 포함하고, 전극(2)의 전도성 층(22)은 도 3에 도시된 바와 같이 전극(2)의 일부인 전기 전도성 겔 층(21)으로 덮인다. 전기 전도성 겔 층(21)은 전기 전도성 점성 겔을 포함하여, 겔 형태의 전기전도체 물질로 이루어지기 때문에 물이나 습기를 필요로 하지 않고, 사용자의 피부에 쉽고 안전하게 부착될 수 있고, 사용자의 신체에 더 낮은 전기 저항을 제공한다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 전체적으로 가장 잘 수행된 낮은 점도의 전도성 겔은, 비교적 낮은 크기의 접촉 임피던스 및 우수한 성능을 갖었고; 탄소계 재료로 만들어진 전극(2)의 전도성 층(22)이었다.

탄성 케이블(3)로 지칭되고 도 5에 도시된 케이블(3)의 코어는 일련의 탄성 구조들(312)를 포함하고, 이러한 탄성 구조들(312)은 정지 상태에서 길이의 160%를 신장시킬 수 있는 엘라스토머 필라멘트들로 제조될 수 있고, 에나멜 처리된 구리 와이어로 덮여 있어 전기 전도체 층(311)을 한정하며, 바람직하게는 지그재그 형태로 배열되어 엘라스토머와 함께 신장될 수 있게 허용함으로써 사용자가 최상의 편안함을 느낄 수 있는 동시에, 전송된 전기 신호의 품질은 웨어러블 게임 디바이스(1)를 통과하는 동안 손실을 겪지 않게 된다; 본 발명의 바람직한 실시예에서 다음 규격을 갖는 탄성 케이블(3)이 선호된다:

ㆍ 18.86%의 엘라스토머

ㆍ 47.44%의 에나멜 처리된 구리 와이어.

ㆍ 33.70%의 검은색 질감의 폴리아미드 실.

ㆍ 신축성: 160%

ㆍ 풋티지(footage): 606 m/kg

전도성 탄성 코어(31)는 외부 전기 절연 구조(33)에 의해 덮히고, 이러한 절연 구조(33)는 조직화된 폴리아미드 와이어(들)를 포함할 수 있고 구조적 기능을 제공하고 절연 첨가제가 추가될 수 있어, 전류의 전송을 허용하지 않는다.

외부 전기 절연 구조(33), 및 전극(2)의 전도성 층(22)에 연결되는 전도체 층(311)으로 덮인 탄성 구조(312)를 차례로 포함하는 전도성 탄성 섬유들(31)을 포함하는 이러한 케이블(3) 구조는 전류의 누출이 없도록 한다. 게다가 탄성 덕분에 일단 자수 기계를 통해 한 피스의 의복에 꿰매어지면 몸에 잘 맞고; 따라서 케이블이 한 피스의 의복에 고정되면, 항상 한 피스의 의복에 대해 고정된 위치에 유지되지만, 동시에 이미 논의된 케이블(3) 구조는 한 피스의 의복을 구성하는 재료, 즉 Lycra^®의 탄성과 일치하는 필요한 탄성을 제공한다. 탄성 케이블(3)은 웨어러블 게임 디바이스의 전극들(2) 각각에 대한, 바람직하게는 전극들(2) 각각에 대한 케이블을 갖는 20개의 전극들(2) 각각에 대한 제어 유닛(4)의 연결부로부터 한 피스의 의복의 구조를 통과하여 이어지는데, 바람직한 실시예에서, 케이블(3)은 도면에 도시되지 않은 제어 유닛(4)의 자기 핀에 의해 제어 유닛(4)에 부착된다. 자수 기계를 통해 케이블(3)은 한 피스의 의복 내부에 한정된 경로들의 각각을 통해 삽입되어, 제어 유닛(4)의 자기 입력과 재킷에 재봉된 전극들(2) 사이의 연결이 완전히 연결된다. 전도성 블랙 카본으로 만들어진 전기 전도성 층(22)에 대한 케이블(3)의 연결은 바람직하게는 상기 전기 전도성 층(22)의 둘레를 따라 케이블(3)의 마지막 전도체 층(311)의 전기 접촉에 의해 발생한다; 따라서 케이블(3)의 단부는 100% 전도성을 제공하도록 적절하게 준비된다.

본 발명의 앞서 소개된 방법의 바람직한 실시예에서, 그리고 본 발명을 예시하는 방법으로서, 비디오 게임을 플레이하는 사용자는 가슴에 근접한 거리에서 총격을 받는 대응하는 게임 캐릭터를 갖고, 이것이 달성되기 위해, 본 발명의 방법은 제어 유닛(4)에 의해 총알이 가슴으로 들어가 등으로부터 나오는 가슴에 대한 포인트-블랭크 샷과 관련된 일련의 감각을 예상한다.

이러한 감각을 제공하기 위해, 한 피스의 의복, 케이블(3)에 의해 제어 유닛(4)에 연결된 전극(2)을 포함하는 웨어러블 게임 디바이스(1)는 비디오 게임을 하는 사용자에 의해 착용되는데, 한 피스의 의복에 배치되는 상기 전극(2)이 기술한 바와 같이 총을 맞았을 때 감각에 관련된 근육들과 관련된 한 피스의 의복을 착용한 상기 사용자의 적어도 하나의 근육, 즉, 가슴 및 등 근육들을 자극하는 방식으로, 착용된다; 그렇게 하기 위해 제어 유닛(4)은 각 전극(2)의 정보를 포함하며, 상기 정보는 전극(2)의 위치와 사용자의 신체에 대한 전극(2)의 상대 위치를 포함하므로, 근육 또는 근육들이 이러한 정보에 영향을 미치고, 각 전극(2) 또는 전극들(2)의 그룹들은 비디오 게임 플레이에서 발생하는 동작에 응답하여 제어 유닛(4)에 의해 명령된 전기 펄스를 생성하도록 구성된다. 전극의 전기 전도성 층(22)이 도 4b에 도시된 바와 같이 전극(2)의 전기 전도성 겔 층(21) 아래에 배치되기 때문에, 전도성 겔 층(21)은 겔의 점도에 따라 사용자의 피부에 고정되어, 물이 없는 고정 및 더 나은 전도성을 제공하고; 따라서 도 4a에 따라 케이블(3)의 전도체 층(311)과 전기적으로 접촉하는 전기 전도성 층(22)이 되며, 즉 차례로 의류에 자수되어 탄성으로 인해 자유로운 움직임을 허용하고, 일단 제어 유닛(4)이 펄스 또는 펄스 그룹들을 생성하면, 상기 펄스는 케이블(3)을 통해, 보다 정확하게는 도체 층(311)으로 덮인 탄성 구조(312)를 포함하는 전도성 탄성 섬유들(31)를 통해 전송되어, 전극(2)의 위치와 관련된 근육이 비디오 게임 플레이 동안 각 캐릭터에 발생하는 동작에 의해 각각 생성된 감각을 나타내는 특정 방식으로 자극되는 것에 도달한다.

따라서, 사용자가 총알이 발사되고 캐릭터가 가슴에 명중되는 FPS 비디오 게임을 플레이하는 본 발명의 제 2 양상의 방법의 설명적 실시예와 관련된 현재 시나리오에서, 총알은 가슴으로 들어가 등으로부터 나온다.

또 다른 바람직한 실시예에서, 웨어러블 게임 디바이스(1)의 제어 유닛(4)은 2상 사각형인 도 6 및/또는 도 7에 도시된 것과 같은 상이한 유형들의 파동을, 바람직하게는 제어 유닛(4)에 의해 생성될 수 있는 대칭적인 파동을 생성할 수 있는 처리 유닛을 포함한다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 제어 유닛(4)은 5개의 출력 채널들과 각각 관련된 적어도 2개의 H형 브리지들을, 2개 이상의 근육들에 동시에 자극으로 보낼 수 있는 펄스(들)를 생성할 목적으로 구비할 수 있어, 플레이어가 느끼는 감각을 가능한 한 현실적으로 만든다. 당업자가 인식하는 바와 같이, 이것은 본 발명의 목적이 미리 설정된 주파수 유형의 파동(주기성)에 적응할 필요가 없는 유형의 파동을 산출하기 때문에 달성될 수 있다. 채널들과 브리지들의 수는 출력 채널들의 대칭을 유지하면서 수정될 수 있다.

감각들을 생성하는데 사용되는 변수들는 트랙들로 그룹화된다. 이전에 설계된 한 세트의 트랙들이 하나의 열이 되고 각각의 감각을 초래하고; 각 트랙은 바람직하게는 적절하게 정렬되어 펄스 열을 형성하는 동일한 파동 특성들을 갖는 하나 이상의 펄스들를 포함한다. 오른쪽 흉부 근육에 영향을 미치고 오른쪽 등 근육을 떠나는(짧은 출혈 감각을 남기는) 총알과 관련된 것들은 다음과 같이 나열될 수 있다:

- 트랙 1(입력 영향):

채널 번호: 5(오른쪽 흉부 근육)

TIP : 양의 펄스 시간: 300㎲

TIN : 300㎲의 음의 펄스 시간

TP : 0ds

TPC : 200㎲

I(강도) : 100%

사이클 번호 : 1

의무(S/N) : S

- 트랙 2(출력 영향):

채널 번호: 1(오른쪽 등 근육)

TIP : 양의 펄스 시간: 300㎲

TIN : 300㎲의 음의 펄스 시간

TP : 0ds

TPC : 0ds

I(강도) : 75%

사이클 번호 : 1

의무(S/N): S

- 트랙 3(입력 출혈):

채널 번호 : 5(오른쪽 흉부 근육)

TIP : 양의 펄스 시간: 300us

TIN : 300㎲의 음의 펄스 시간

TP : 0㎲

TPC : 500㎲

I(강도) : 40%

사이클 번호 : 500

의무 (S/N) : N

- 트랙 4(시작 시 출혈):

채널 번호: 1(오른쪽 등 근육)

TIP : 양의 펄스 시간: 300㎲

TIN : 300㎲의 음의 펄스 시간

TP : 0㎲

TPC : 500㎲

I(강도) : 30%

사이클 번호 : 500

의무(S/N) : N

채널 번호 : 출력 채널의 번호

TIP : 양의 펄스 시간 각각 150㎲ - 400㎲

TIN : 음의 펄스 시간 각각 150㎲ - 400㎲

TP : 채널들 간 일시중지 시간

TPC : 사이클들 사이의 일시중지 시간

I : 강도(mA).

사이클 번호 : 사이클들의 번호

의무(S/N).

이 경우, 감각은 트랙 1 + 트랙 2 + 트랙 3 + 트랙 4로 구성되며, 여기서 트랙 1과 트랙 2는 동시에 전송되고 트랙 3과 트랙 4는 동시에 전송된다.

Claims (9)

1. 한 피스의 의복과, 케이블(3)에 의해 제어 유닛(4)에 연결되는 적어도 하나의 전극(2)을 포함하는 웨어러블 게임 디바이스(1)로서, 상기 전극(2)이 제어 유닛에 의해 명령된 전기 펄스를 생성할 때 상기 한 피스의 의복을 착용한 사용자의 적어도 하나의 근육이 자극받도록, 상기 전극(2)이 상기 한 피스의 의복에 배치되는, 웨어러블 게임 디바이스(1)에 있어서,
   a. 상기 전극(2)은:
   ㆍ 전도성 재료로 만들어진 전기 전도성 층(22), 및
   ㆍ 상기 전기 전도성 층(22)의 상부에 배치된 전기 전도성 겔 층(21)을 포함하고,
   b. 상기 의복에 자수되는 상기 케이블(3)은:
   ㆍ 외부 전기 절연 구조(33), 및
   ㆍ 상기 전극(2)의 전기 전도성 층(22)과 전기적으로 접촉하는 전도체 층(311)으로 덮인 탄성 구조(312)를 차례로 포함하는 전도성 탄성 섬유들(31)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 웨어러블 게임 디바이스.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 전도체 층(311)은 상기 탄성 구조(312)와 함께 신장될 수 있도록 지그재그로 배열된 에나멜 처리된 구리 와이어로 만들어지는, 웨어러블 게임 디바이스.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 탄성 구조(312)는 길이가 160%를 신장될 수 있는 엘라스토머 필라멘트를 포함하는, 웨어러블 게임 디바이스.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 전극(2)은 쌍으로 배열되는, 웨어러블 게임 디바이스.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제어 유닛(4)은 케이블(3)이 연결되는 출력 채널들의 각각의 그룹을 가지는 적어도 2개의 H형 브리지를 포함하는, 웨어러블 게임 디바이스.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 제어 유닛(4)은 5개의 채널의 2개의 그룹을 가지는 적어도 2개의 H형 브리지를 포함하는, 웨어러블 게임 디바이스.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항의 웨어러블 게임 디바이스(1)을 착용하고 비디오 게임을 플레이하는 사용자에게 감각들을 생성하는 방법으로서,
   제어 유닛(4)과 적어도 하나의 전극(2)을 연결하는 케이블(3)에 의해, 적어도 하나의 전극(2)에 보내지는 적어도 하나의 펄스를 생성하는 제어 유닛(4)을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 제어 유닛(4)은 출력 채널들이 연결되는 이중 H 브리지가 제공되는 방법.
9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
   상기 펄스는 비-2상성 사각형 파동(non-biphasic quadrangular waves)에 의해 생성되는, 방법.

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