ATRAC 3D

엄지손가락을 사용하지 않고 문자 메시지를 보낼 수 있을까요? 손가락을 쓰지 않고 키보드로 타이핑하거나 비디오 게임 컨트롤러를 조작하는 것은 어떨까요?

뇌성마비나 사고로 인한 마비와 같은 다양한 의학적 상태로 인해, 일부 사람들은 손이나 손가락을 사용해 작은 버튼을 누르거나 조이스틱을 조작하는 데 어려움을 겪습니다.

하지만 이러한 사람들 중에는 손 전체를 사용해 하나의 큰 버튼을 누르거나, 발 또는 머리와 같은 다른 신체 부위를 사용할 수 있는 경우도 있습니다.

적응형 스위치는 이러한 사람들이 장난감, 컴퓨터, 전동 휠체어와 같은 기기와 더 쉽게 상호작용할 수 있도록 설계된 입력 장치입니다.

그림1. 일부 사용자가 더 쉽게 상호작용할 수 있도록, 두 개의 외부 적응형 스위치가 연결된 장난감.

내부적으로 기본적인 스위치나 버튼은 두 개의 전도성 전기 접점으로 이루어져 있습니다. 이 접점들이 서로 닿아 있지 않을 때는 개방 회로(open circuit)를 형성합니다. 반대로 접점들이 서로 닿으면 폐쇄 회로(closed circuit)를 형성합니다. 알루미늄 포일과 같이 집 주변에서 쉽게 구할 수 있는 전도성 재료를 사용해 간단한 전기 스위치를 만들 수도 있습니다.

아두이노나 micro:bit와 같은 프로그래밍 가능한 마이크로컨트롤러, 또는 라즈베리 파이처럼 접근 가능한 입출력(I/O) 핀을 가진 컴퓨터는 스위치가 열려 있는지 또는 닫혀 있는지를 감지할 수 있습니다. 이후 보드를 프로그래밍하여 스위치가 특정 출력을 작동시키도록 설정할 수 있으며, 예를 들어 LED에 불이 켜지게 하거나(그림 2), 스피커나 버저에서 소리를 재생하거나, 모터를 움직이거나, 메시지를 전송하도록 만들 수 있습니다.

그림2. micro:bit 보드를 사용한 기본적인 전기 스위치의 시연 모습이다. 두 개의 알루미늄 포일 조각이 악어 클립을 통해 서로 다른 I/O 핀에 연결되어 있다.

두 조각이 서로 닿으면 micro:bit가 폐쇄 회로를 감지하고, LED로 웃는 얼굴을 표시한다.

공학 프로젝트의 관점에서, 특정 출력을 작동시키는 하나 이상의 접근 가능한 스위치를 설계하고 제작할 수 있습니다. 이때 다음과 같은 사항들을 고려할 필요가 있습니다.

– 스위치의 사용 대상은 누구인지, 어떤 움직임이나 신체 부위를 사용해 스위치를 누를 수 있는지, 그리고 무엇을 제어해야 하는지 고려해야 합니다.

– 스위치가 “상시 개방(normally open)” 방식인지, 즉 전기 접점이 평소에는 서로 닿아 있지 않고 스위치를 작동시켰을 때만 닿는 구조인지, 아니면 그 반대인 “상시 폐쇄(normally closed)” 방식인지 결정해야 합니다.

– 스위치를 작동시킨 뒤에도 그 상태를 유지하는 “토글(toggle)” 스위치를 만들 것인지, 아니면 손을 떼면 원래 위치로 돌아오는 “모멘터리(momentary)” 스위치를 만들 것인지도 결정해야 합니다.

– 선택한 프로그래밍 보드와 버튼 또는 스위치를 어떻게 연결해 사용하는지도 함께 학습해야 합니다. 관련된 튜토리얼과 프로젝트는 아래에서 확인할 수 있습니다.

   : Arduino tutorial about momentary button

•    : Arduino tutorial about toggle switch
•    : Project for connecting an external switch to a micro:bit
•    : Project for connecting external switches to a Raspberry Pi

그림 3, 4, 5는 상시 개방(normally open) 방식의 모멘터리(momentary) 풋 페달 스위치 예시를 보여줍니다. 이 스위치는 덕트 테이프로 만든 힌지를 이용해 두 개의 판지를 서로 연결한 구조로 이루어져 있습니다. 각각의 판지에는 알루미늄 포일 조각이 테이프로 부착되어 있습니다.

판지는 절연체이기 때문에, 평상시에는 두 알루미늄 포일 사이에 전기적 접촉이 없으며 이로 인해 스위치는 상시 개방 상태를 유지합니다. 위쪽 판지를 발로 눌러주면 두 알루미늄 포일 조각이 서로 닿으면서 스위치가 닫힙니다. 스위치에서 발을 떼면 고무줄이 판지를 원래 위치로 끌어당겨 다시 열린 상태로 돌아가며, 이로 인해 이 스위치는 토글 스위치가 아닌 모멘터리 스위치로 동작합니다.

그림3. 골판지로 만든 풋 페달의 정면 모습.	그림4. 골판지로 만든 풋 페달의 후면 모습.	그림5. 골판지로 만든 풋 페달을 아래로 누르는 모습.

그림 6과 7은 또 다른 상시 개방(normally open) 방식의 모멘터리(momentary) 스위치 예시를 보여줍니다. 이 스위치는 가장자리를 테이프로 붙인, 약간 휘어진 두 장의 종이로 만들어진 큰 버튼과 같은 형태를 하고 있으며, 종이 안쪽에는 각각 알루미늄 포일 조각이 테이프로 부착되어 있습니다.

평상시에는 두 장의 종이가 약간 벌어진 곡선을 이루고 있어 알루미늄 포일 사이에 간격이 존재합니다. 종이를 아래로 누르면 이 간격이 닫히면서 두 알루미늄 포일이 서로 닿게 되고, 손을 떼면 종이가 다시 약간 휘어진 원래 형태로 되돌아가면서 간격이 다시 열립니다.

그림 6. 종이 적응형 스위치의 윗면 모습.	그림 7. 알루미늄 포일이 보이는 종이 적응형 스위치의 내부 모습.

이 두 가지 예시는 전기적 기능은 동일하지만, 물리적 디자인은 전혀 다른 스위치를 만들 수 있음을 보여줍니다. 각자의 프로젝트에서는 어떤 형태의 스위치를 설계하고 제작할 수 있을지 생각해 볼 수 있습니다.