GuideTouch: 시각 장애인을 위한 착용형 장애물 회피 및 촉각 피드백 시스템

초록

GuideTouch는 두 개의 수직 배치 ToF 센서와 네 개의 진동 모터를 이용해 3차원 거리 정보를 실시간으로 수집하고, 어깨·가슴 부위에 방향성을 전달하는 촉각 피드백을 제공한다. 자체적인 원심력 기반 광학 커버 청소 메커니즘과 분실 알림 기능을 포함하며, 22명의 비시각 장애인 실험에서 92.9%의 패턴 인식 정확도, 14명의 시각 장애인 테스트에서 93.75%의 정확도를 달성하였다.

상세 분석

GuideTouch는 착용형 보조기기의 핵심 과제인 ‘머리 높이 장애물 탐지’를 ToF(Time‑of‑Flight) 센서 두 개를 30° 각도로 배치해 90° 수직 시야를 확보함으로써 해결한다. 각 센서는 8×8 멀티존 매트릭스를 제공, 65° 대각선 시야각을 갖으며 1 m 거리에서 최소 4 cm 크기의 물체를 감지한다. 두 센서의 데이터는 ESP32 마이크로컨트롤러에서 0.1 s 주기로 수집·필터링된 뒤, 사전 정의된 영역(좌·우·상·하)으로 매핑되어 해당 영역에 대응하는 진동 모터를 활성화한다. 네 개의 모터는 어깨와 가슴 위에 배치돼 사용자가 직관적으로 ‘왼쪽’, ‘오른쪽’, ‘위쪽’, ‘아래쪽’ 방향을 감지하도록 설계되었으며, 복합 장애물(예: 상하 겹침)에서는 다중 모터를 동시에 구동해 복합 패턴을 전달한다.

시스템의 내구성을 높이기 위해 원심력 기반 회전 커버 청소 메커니즘을 도입했는데, 3000 rpm으로 회전하는 적외선 투명 유리를 20회 실험 중 18회에서 완전 제거에 성공했다. 청소 시 발생하는 70 dB 소음은 장시간 노출 기준을 충족한다. 또한, 장치가 탈착될 경우 클립이 전기 회로를 닫아 3–4 kHz 피조 버저가 울리는 알람 기능을 포함해 분실 위험을 최소화한다.

인체공학적 측면에서 전체 무게는 500 g 이하, 비용은 약 100 USD로 설계돼 저소득층 사용자에게도 접근 가능하도록 했다. 실험에서는 22명의 비시각 장애인(남 17, 여 5)을 두 그룹으로 나누어 단일·이중·삼중·사중 모터 조합(총 15패턴)과 단일·이중 패턴(10패턴) 인식 정확도를 평가했다. 그룹 A는 평균 78.4%, 그룹 B는 92.9%의 정확도를 보였으며, 복합 패턴(3·4모터)에서 오류가 집중되는 경향이 확인되었다. 일원배치 반복측정 ANOVA 결과, 패턴 복잡도에 따른 인식 차이가 통계적으로 유의(p < 0.000001)했으며, 일부 여성 참가자는 착용감 불편으로 정확도가 낮았다.

시각 장애인 14명을 대상으로 한 예비 실험에서는 주요 방향(단일·이중 모터) 인식 정확도가 93.75%에 달해, 비시각 장애인보다도 높은 성능을 보였다. 이는 촉각 민감도가 높은 시각 장애인에게 본 시스템이 효과적일 가능성을 시사한다. 그러나 현재 실험은 정적 환경과 초기 학습 단계에 국한돼 있어, 동적 보행 상황과 장기 훈련 효과는 추가 검증이 필요하다. 향후 고해상도 ToF 센서와 컴퓨터 비전 알고리즘을 결합해 복잡한 군중 환경에서도 정확한 장애물 구분을 목표로 하고 있다.