미래의 입력장치는 인터페이스의 다양화로 그에 맞는 요구가 증가할 것이다. 10년 전만 하더라도 입력장치는 컴퓨터의 마우스나 키보드가 대부분이었다. 하지만 지금은 스마트폰, 터치기술 또는 생체인식 등의 장치들이 연구되고 있다. 미래에 이러한 기술로 생활의 모든 것이 입력장치로 사용될 것이다. 이처럼 입력장치가 생활의 일부분이 아닌 전부가 될 날이 얼마 남지 않았다. 우리의 일상생활 안에서 어디를 둘러봐도 인터페이스를 쉽게 찾을 수 있는 세상이 곧 도래 할 것이다.
글 : 서울산업대학교 매체공학과 장두울
국민대학교 나노전자물리학과 김현욱
한성대학교 기계시스템공학과 장준혁
고려대학교 마이크로나노시스템협동 이승준
고려대학교 전기전자전파공학부 박정호, 주병권
인터페이스 소개
사용자 인터페이스(User Interface, UI)는 사람(사용자)과 사물 또는 시스템, 특히 기계, 컴퓨터 프로그램 등 사이에서 의사소통을 할 수 있도록 일시적이거나 또는 영구적인 접근을 목적으로 만들어진 물리적, 가상적 매개체를 뜻한다. 즉, 사람들이 컴퓨터와 상호 작용하는 시스템으로 물리적인 하드웨어와 논리적인 소프트웨어 요소를 포함하고, 입력과 출력 방법을 사용한다.
입력은 사용자가 시스템을 조작할 수 있게 하며 출력은 시스템이 사용자가 이용한 것에 대한 결과를 표시한다.
사용자 인터페이스를 판단하는 기준에는 사용성(Usability)이 있다. 따라서 심리학과 생리학을 기반으로 한 인터페이스가 좋은 사용자 인터페이스라고 할 수 있다. 또한 사용자가 필요한 요소를 쉽게 찾고, 이용하여 그 요소로부터 의도한 결과를 명확하고 쉽게 얻어 낼 수 있어야 한다.
과거의 사용자 인터페이스라는 말은 컴퓨터에 제한적으로 사용되었지만, 최근에는 다양한 디지털 기기들의 출시로 의미가 점차 확장되고 있다. 이로 인해 인터페이스는 디자인과 성능만큼 중요한 요소로 자리 잡아가고 있다. 아무리 뛰어난 기능과 혁신적인 디자인을 갖는 제품이라고 할지라도 앞으로는 사용자 인터페이스가 좋지 못하다면 소비자들로부터 외면 받고, 시장 경제에 의해 곧 모습을 감추게 될 것이다.
마우스 & 키보드
키보드와 마우스는 현재 실생활에서 가장 많이 사용되고 보편화된 입력장치다.
키보드는 타자기에서 유래된 입력장치로 한글, 알파벳, 숫자, 특수문자와 12개의 기능키로 이루어져 있다. 하지만 키보드는 키보드만으로는 사용할 수 없고, 디스플레이 장치와 같이 사용되며 입력된 내용을 확인하고 편집, 변형할 수 있다.
키보드의 작동 원리는 전류를 흐르게 하는 방법에 따라 전자식과 기계식으로 나뉜다. 전자식은 키를 누름에 따라 키 밑에 연결된 회로가 전하의 양을 측정하여 키의 눌림 상태를 인식하는 방식이다. 기계식은 키를 누름에 따라 키 밑에 있는 두 개의 금속판이 붙었다, 떨어졌다 하면서 전류의 흐름 여부로 키의 눌림 상태를 인식하는 방식이다.
이러한 키보드에는 문자 키 이외에 컨트롤(Ctrl), 알트(Alt), 시프트(Shift), 엔터(Enter), 탭(Tab) 등 다양한 기능키가 있다. 이들 기능키는 본래 기능을 변경시키거나, 프로그램 동작을 제어할 때 또는 모니터 상에서 텍스트 커서를 이동하는데 사용된다.
마우스는 모양이 쥐(Mouse)와 비슷하여 붙여진 이름이다. 컴퓨터 화면에서 어떤 장소를 가리키거나, 그 위치에서 다른 곳으로 이동하기 위해 사용되는 입력장치로 미국의 애플사가 매킨토시의 표준 입력장치로 개발했다. 향후 기능을 향상시켜가며 현재 컴퓨터 하드웨어의 하나로 널리 사용되고 있다. 마우스는 특정한 위치에 갖다 놓고 버튼을 누르는 클릭, 버튼을 누른 채로 마우스를 끌고 다니는 드래그, 버튼을 재빨리 두 번 연속하여 누르는 더블클릭 등의 동작으로 다양한 일을 할 수 있다.
종류는 버튼의 개수에 따라 1∼3버튼식, 접속방법에 따라 시리얼과 PS/2·USB식, 동작방법에 따라 기계식(또는 볼식)·광학식·광학기계식으로 나뉜다.
1버튼식은 초기 매킨토시에서 사용되던 것으로 애플마우스라 부르며, 2버튼식은 IBM호환기종에 적합한 범용 마우스, 3버튼식은 유닉스 환경의 캐드캠시스템에 많이 사용된다. 시리얼식은 직렬포트로 연결되며, PS/2식은 전용포트에, USB방식은 확장슬롯에 연결된다. 기계식은 볼을 장착한 것이고, 광학식은 빛을 이용하는 것, 광학기계식은 기계식과 광학식을 조합한 것이다.
트랙볼이라고 해서 본체에 부착하여 사용하는 노트북컴퓨터 전용도 있다.
Touch Screen
터치스크린(Touch Screen)은 기존의 키보드나 마우스를 사용하지 않고, 스크린에 나타난 문자나 특정 위치에 사람의 손이나 물체가 닿으면, 그 위치를 파악하여 저장된 소프트웨어에 의해 처리를 하여 화면에서 직접 입력한 자료를 받을 수 있는 입출력 장치를 말한다.
이러한 터치스크린은 크게 감압식 터치방식과 정전식 터치 방식으로 나뉜다.
- 감압식 터치
감압식 터치스크린은 압력을 인식하여 동작하는 방식의 터치스크린이다(그림 1).
대부분 국내 풀 터치 형태의 휴대폰에서 사용되고 있다. 감압식 터치 방식은 여러 개의 층으로 구성되어 있고 그 층 사이에 전도층이 있다. 2개의 층이 공기층을 가운데 두고 마주보고 있으며, 화면을 누르면 이공간이 맞닿게 되어 터치를 인식하게 된다. 감압식 터치 방식은 비교적 저렴하고, 스타일러스 펜으로 필기를 하거나 작은 칸에도 글을 쓸 수 있는 장점이 있지만, 압력을 이용하는 방식이기 때문에 오히려 너무 세게 누르면 인식이 되지 않는다. 뿐만 아니라 정전식 터치 방식보다 터치감이 약간 둔하고, 여러 곳을 동시에 인식하는 멀티터치가 불가능하다는 단점이 있다.
-정전식 터치
정전식 터치방식은 인듐 주석 산화물(Indium Tin Oxide) 이라는 전도성이 높은 유리로 구성되어 있다 (그림 2).
센서가 유리의 네 모서리에 부착됨으로 유리 표면은 전류가 흐르는 상태가 된다. 이것을 통하여 전류의 변화를 인식하여 작동하는 것이 정전식의 원리이다. 이때 손가락이 화면에 닿는 순간에 유리에 흐르던 전자가 손가락을 통해 몸 안으로 흐르게 된다.
이때 변화가 일어난 전자에 위치를 센서가 감지하여 동작하는 방식이다. 정전식 터치 방식은 감압식 터치 방식에 비해 조작감과 스크롤이 부드러울 뿐만 아니라, 동시에 여러 곳을 터치할 수 있는 멀티터치가 가능하다. 하지만 전류의 변화량을 이용하여 작동하는 방식이기 때문에 전류가 통하지 않는 가죽 장갑을 끼고 사용하거나 손톱, 스타일러스(별도의 정전식 전용 펜을 사용해야 함)로는 작동 되지 않는다. 또한 센서가 민감하게 반응하기 때문에 주변의 영향을 받을 수도 있다.
이러한 터치스크린은 편리한 특성 때문에 사람들이 많이 이용하는 지하철, 백화점, 은행 등의 공공장소에서 안내용으로 많이 이용되고 있으며, 휴대폰 단말기에서 가장 많이 사용되고 있다.
앞으로 터치스크린은 플렉시블(Flexible)한 디스플레이(Display)와 결합하여 차세대 인터페이스장치로 발전할 것이다.
Wear Ur World(WUW)의 주요기술
Wear Ur World
WUW(Wear Ur Would)는 멀티터치 기술을 근간으로 한다. 멀티터치(Multi-touch)는 터치스크린, 터치패드가 동시에 여러 곳의 터치 포인트를 인식하는 기술로, 일반적인 하나의 터치 포인트만 인식을 하는 것보다 다양한 조작이 가능하다. 현재 정전식 터치기술이 사용된 터치패드, 터치스크린에서만 적용이 가능한 기술이다.
터치를 통해서 위치변화만 입력이 가능했기 때문에, 다양한 조작을 위해 보조버튼 같은 별도의 조작이 필요했던 기존의 터치방식과 달리, 감지되는 터치 포인트의 개수에 따라 터치에 대한 장치의 반응을 지정 할 수도 있고, 터치 포인트 간의 간격의 변화를 통한 조작도 가능하기 때문에 더 직관적이고 쉽고 편한 조작이 가능하다.
WUW는 이러한 멀티 터치 기술을 이용하여 특정 기기를 벗어나 일상에서 터치패드 없이 멀티터치를 가능하게 하는 인터페이스 장치다.
WUW의 구성 및 특성
WUW는 크게 입력부, 출력부, 제어부 이렇게 3부분으로 구성된다(그림 4).
입력부 : 카메라를 통해 손가락의 색깔 골무(Color Marker)와 특수한 제스처를 통해 입력이 가능하다.
출력부 : 프로젝터를 통해 영상 출력이 가능하다.
제어부 : 헬멧에 장치된 PCB회로와 모바일 컴퓨터를 이용해 정보를 처리, 동작한다.
이러한 입력, 출력, 제어부는 외부에 따로 떨어져 있는 것이 아니라 몸에 부착되어 있기 때문에 사용자의 편리성을 극도로 높여주는 역할을 하게 된다. 이러한 편리성은 유비쿼터스 사회에서 꼭 필요한 덕목이라 할 수 있겠다.
각 구성부의 세부 특징은 다음과 같다.
우선 입력부는 카메라를 통해 행동, 사물을 인식한다. 특히 사전 입력된 특수한 제스처는 여러 가지 기능을 할 수 있다. 예를 들어 단순한 손동작만으로도 줌인, 줌아웃을 자유롭게 할 수 있다(그림 5). 더욱이 카메라를 통해 복잡하게 찍어야 하는 사진의 경우, 일련의 복잡한 과정을 생략하고 예술가들처럼 손으로 액자형태를 취함으로써 쉽고 빠르게 사진을 찍기가 가능하다.
출력부의 특징은 어느 곳에서든 영상 출력이 가능하다는 점이다. 굳이 평평하고 넓은 공간이 아니더라도 다양한 공간에서 출력이 가능하다는 점이 가장 특징이다. 예를 들어 전화를 걸기 위해 다이얼이 필요할 때 단순히 손바닥에 프로젝터를 사용하는 것만으로도 손바닥위의 영상을 통해 전화 다이얼을 생성시킨 후, 이용할 수 있다. 또한 신문, 티켓에서 더 필요한 정보를 얻고자 할 때, 단순히 그곳을 바라보는 것만으로도 많은 양의 정보를 얻을 수 있다.
WUW의 주요기술
WUW는 포인팅 기술과 프로젝팅 기술이 주를 이룬다.
포인팅 기술로는 색깔 골무(Color Marker), 핑거 팁(Finger Tip), 다이아몬드 포인팅과 인식이 있다.
우선 색깔 골무는 특정 색에 반응하는 시스템과 색깔 골무를 통해 골무의 위치를 도식화하여 이미지로 동작시키는 시스템이다. 다음으로 핑거 팁 기술은 손가락 끝의 점을 벡터로 인식하여 입력신호로 사용하는 시스템이다. 특별한 골무의 도움을 받지 않고, 사용할 수 있다는 점에서 기존의 색깔 골무보다 발전된 형태라고 할 수 있다.
마지막으로 다이아몬드 포인팅이 있다. 이것은 포인팅 기술보다는 터치 기술에 더 가깝지만, 포인팅과 접목시켜 3D 정보를 입력할 수 있는 특징이 있다. 이 기술은 다이아몬드 형태의 입자가 압력 또는 전기적 영향을 받아 입력을 하는 것이다. 이것은 색깔 골무의 스위치 역할을 해줄 수 있다. 프로젝팅 기술로는 왜곡된 면에도 선명한 상을 만들기 위해 카메라와 연계된 프로젝팅 시스템을 적용한다(그림 7).
Skinput
Skinput의 개요
현재 우리가 휴대하고 다니는 모바일 기기의 트렌드는 고성능, 소형화, 경량화에 맞춰지고 있다. 하지만 지나친 소형화는 사용자로 하여금 인터페이스의 장애를 일으킬 우려가 있다. 이 문제를 극복하기 위한 대책으로 나온 방법 중에 하나가 사람의 몸을 이용해서 입출력 장치로 사용하자는 아이디어이다. 이 아이디어는 카네기 멜론 대학의 HCI(Human-Computer Interaction) 연구소와 마이크로소프트가 공동 개발한 '스킨풋(Skinput)'을 통해 재현되었다.
스킨풋은 인간의 몸을 소리를 전달하는 매개체로 삼아 파장을 전달, 신호로 전환하는 혁신적인 기술이다. 피부 표면을 프로젝터를 이용해 디스플레이 평면으로 삼아 손가락을 이용해 입력할 수 있도록 해준다.
스킨풋과 같은 획기적인 입력 장치 기술이 발전, 상용화되면 현재의 모바일 디바이스는 디스플레이 및 입력에 대한 제한적 한계를 극복하게 될 것이다. 이것을 통해 더욱 더 소형화, 경량화, 편리한 인터페이스 환경을 가지게 될 것이다.
Skinput의 구성 및 특성
스킨풋은 이두박근에 밴드처럼 차는 장치로 이미지를 투영하는 초소형 피코(Pico) 프로젝터와 소리를 감지하는 음향 센서로 구성되어 있다(그림 10). 피코 프로젝터는 팔 위에 키보드 또는 입력 버튼의 이미지를 생성하는 역할을 한다. 사용자가 그 이미지들을 손가락으로 치면 미세한 소리가 발생되고, 이 소리를 받아들여 입력신호로 사용하게 된다.
입력되는 소리는 뼈의 밀도나 근육 두께 등의 차이 때문에 치는 팔의 부위에 따라 고유한 소리가 나는 것을 이용해서 분간하게 되는데, 음향 센서가 이 소리들의 차이를 인식하여 손가락이 친 위치를 블루투스를 통해 디바이스로 전달한다. 이 방법은 5개의 입력 포인트만 외우면 쉽게 사용할 수 있으며, 뛰면서도 사용이 가능하다는 장점이 있다.
스킨풋처럼 인간의 신체를 하나의 인터페이스로 활용하는 혁신적인 기술은 또 다른 디지털 인터페이스의 진화를 예견케 하고 있다. 앞으로의 디지털 세계는 사물의 활용보다 공간의 활용 기술의 비중이 더 클 것으로 전망된다.
Skinput의 동작원리
스킨풋은 팔과 손가락 위치에 따른 기계적 진동분석에 의해 반응이 결정되는 원리이다(그림 11). 피부를 터치할 때 생기는 진동 파장이 각 위치에 따른 차이점을 시그널 데이터로 분석하고, 디지털화 된 인터페이스 명령으로 전환한다.
자세히 말하면 손가락으로 팔 안쪽의 표면을 누르면 인체 내에 미세한 음향 신호가 발생하게 된다. 이 신호는 피부표면과 팔 근육과 뼈를 통해 퍼져 나간 후 부드러운 근육조직과 딱딱한 관절을 지나면서 파장이 각각 달라지고, 골밀도와 근육질량 등의 차이를 계산해 역추적하면 음향이 처음 발생한 지점을 찾아낼 수 있다는 것이다.
이 입력방식과 피코 프로젝터를 이용하여 피부 위에 숫자 패드나 소형 스크린 등의 모양을 투사하는 방법으로 입출력 기능을 할 수 있게 한다.
마지막으로 스킨풋은 블루투스기술을 이용하여 얻어진 입출력 정보를 다른 모바일기기나 PC에 명령을 전달할 수 있고, 이를 통해 다양한 시스템을 구현할 수 있다.
다양한 인터페이스 장치
생각을 인지하는 헤드셋
호주 기업인 이모티브(Emotiv)는 사람과 컴퓨터의 상호작용을 위해 새로운 인터페이스인 '프로젝트 이포크(Project Epoc)'를 개발했다(그림 13).
이 헤드셋은 뇌에서 만들어내는 전자 신호를 감지하여 센서를 이용, 사용자의 '표정'과 '감정'을 실시간으로 감지하여 게임에 적용이 가능하게 만들어 졌다.
에어마우스
올해 세계적으로 유명한 웹진인 'Yanko Design'에 소개 된 '이보우스(eVouse)'는 일반적인 마우스와 태블릿의 중간 형태이다(그림 14). 마우스의 중간에 광학센서를 장착한 액션 버튼 부분이 사용할 때마다 초록색 불빛으로 발광한다.
'이보우스'는 액션 버튼을 이용하여 일반 마우스 모드 및 에어 마우스 모드로 쉽게 전환하여 사용 가능하다. 또한 펜 모드로 그림을 그리는 거나 글자를 쓰는 것이 가능할 뿐만 아니라 일반적인 에어 마우스보다 더 높은 정확도를 가진 것이 특징이다.
오모스 인터페이스
오코스모스에서 개발한 OCS5는 일반적인 터치방식 외에 자체 키보드와 마우스 등을 대체할 수 있는 ‘‘오모스 인터페이스‘‘라는 통합 컨트롤러와 모바일 소프트웨어 기술인 모바일 마우스 스파이더(Spider) 등을 추가로 제공함으로써 게임, 웹 검색 등에 있어 기존의 터치 방식보다 수준 높은 작업이 가능하다(그림 15).
OCS5는 PMP와 MP3, MID는 물론 게임과 교육기기, 인터넷전화(VOIP) 등 다양하고 특별한 서비스를 제공하는 만능 멀티미디어 기기로서 최신 개방형 안드로이드 2.1 OS를 탑재하고 있는 차세대 모바일 단말기 이다. 또한 구글 앱스토어인 안드로이드 마켓에 있는 다양한 콘텐츠와 서비스를 간편하게 사용할 수 있다.
오코스모스 자체적인 오픈마켓 '오모스블랙홀'를 이용하여 일반적인 터치와 자이로를 이용한 모바일 게임 외에도 오모스 인터페이스에 최적화하여 자체 개발한 게임 콘텐츠는 물론 PC 수준의 고사양의 콘텐츠를 이용할 수 있다.
OCS5의 하드웨어는 3.6인치 TFT LCD(800×480 WVGA)의 프리미엄 해상도를 구현하고, 인체공학적인 정전방식의 터치 스크린을 탑재하고 있다. T-DMB가 탑재돼 전국 어디서니 지상파 시청이 가능하고, 와이파이(Wi-Fi)를 통해 인터넷 검색을 할 수 있다.
향후 발전 방향
이 시대를 살고 있는 우리는 매일 발전을 거듭하는 디지털 기술의 진화와 발전의 끝이 어디인지 쉽게 예측하기조차 힘들다.
미래의 입력장치는 인터페이스의 다양화로 그에 맞는 요구가 증가할 것이다. 10년 전만 하더라도 입력장치는 컴퓨터의 마우스나 키보드가 대부분이었다. 하지만 지금은 스마트폰, 터치기술 또는 생체인식 등의 장치들이 연구되고 있다. 미래에 이러한 기술로 생활의 모든 것이 입력장치로 사용될 것이다. 이처럼 입력장치가 생활의 일부분이 아닌 전부가 될 날이 얼마 남지 않았다. 우리의 일상생활 안에서 어디를 둘러봐도 인터페이스를 쉽게 찾을 수 있는 세상이 곧 도래 할 것이다.
앞에서 살펴 본 WUW(Wear Ur World)와 스킨풋(Skinput) 역시 이러한 시대를 반영한 결과물이다.
참고문헌
1) WUW - Wear Ur World - A Wearable Gestural Interface
2) DiamondTouch: A Multi-User Touch Technology
3) http://www.pranavmistry.com
4) MIT Media Lab, http://media.mit.edu/people
5) 이모티브 홈페이지, http://www.emotiv.com
6) 오코스모스 홈페이지, http://www.ocosmos.co.kr
7) 얀코디자인 홈페이지, http://www.yankodesign.com
8) 지디넷 홈페이지, http://www.zdnet.co.kr
9) 위키백과사전, http://ko.wikipedia.org
10) http://adaptivepath.com
11) http://www.chrisharrison.net/projects/skinput
12) http://ziogeek.com
14) http://www.hcii.cmu.edu
15) http://www.ei.co.kr
16) http://www.eetkorea.com
17) http://nexp.tistory.com
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