손의 피로를 줄이기 위한 모바일 점자 입력기법

2.1 기존의 모바일 점자 입력방법들

SingleTapBraille[5]은 한 손으로 점자의 모양 그대로를 손가락으로 찾아 터치하는 방법으로, 기준선과 입력 객체의 위치가 고정되어 있다. 따라서 시각장애인은 점자를 입력하기 위해 손가락으로 고정된 기준선과 객체의 위치를 찾아야 한다[5].

TypeInBraille[6]은 모바일 기기 화면의 가운데에 고정된 기준선을 중심으로 한 번에 2점씩, 모두 3번의 입력을 통해 점자 하나를 입력하는 방법이다. 입력방법은 기준선을 중심으로 왼쪽이나 오른쪽을 한손가락으로 터치하거나(●◯ 또는 ◯●의 입력) 두 손가락 혹은 세 손가락을 동시에 터치(●● 또는 ◯◯의 입력)한다. 이 방법은 기준선이 고정되어 있고, 양손을 사용해야 한다[5].

BrailleTouch[7]는 양손을 동시에 사용하는 방법으로 한 손에 세 손가락씩 모두 6개의 손가락으로 한번에 점자를 입력하는 방법이다. 이 방법은 입력을 위해 1개의 손가락을 사용하는 경우 나머지 5개의 손가락은 다음 입력을 위해 화면에서 떼고 있는 자세를 유지하기 때문에 손의 근육을 선택적으로 수축하게 하여 근육의 과도한 긴장을 일으킨다[4]. 3가지 모바일 점자 입력방법은 그림 1과 같다.

Fig. 1.

Conventional Braille input methods on mobile devices

2.2 SBraille 모바일 점자 입력방법

SBraille 입력방법은 touch 제스처와 함께 swipe제스처를 활용하는 모바일 점자 입력 방법이다. 한손을 사용하고, 특히 점자입력을 위해서는 그 손의 엄지손가락만을 사용하는 간편한 방법이다[2].

이 방법은 먼저 그림 2의 c와 같이 모바일 기기를 한 손으로 잡고 그 위치에서 엄지손가락을 위로 스와이프하여 사용자에게 커스터마이즈된 입력 기준선을 설정한 후 4가지 패턴으로 점자를 입력하는 방법이다. SBraille의 4가지 입력 패턴은 그림 2와 같다. 그림 a와 b는 각각 기준선의 왼쪽과 오른쪽을 터치하여 입력하는 것을, 그림 c와 d는 각각 기준선을 중심으로 위와 아래로 스와이프하여 입력하는 것을 나타낸 것이다. 엄지손가락이 스와이프하는 범위는 엄지손가락이 움직이기 쉬운 영역을 사용하며, 키보드의 크기는 한손모드를 고려한 크기이다.

Fig. 2.

SBraille input method on mobile devices

2.3 근육 피로의 유발 요인

사람의 손은 복잡한 동작을 수행하는데, 손의 동작은 손가락을 손바닥 쪽으로 구부리는 동작과 손등 쪽으로 펴는 동작, 손의 중심선을 기준으로 손가락을 오므리는 동작, 그리고 펴는 동작 등으로 나눌 수 있다. 이와 같은 동작은 근육의 수축으로 일어난다[4]. 지속적인 근육의 수축은 젖산 등의 부산물을 생성하여 근육의 피로를 발생시킨다. 근육의 수축강도가 일정하다면, 근육의 피로는 근육의 수축 횟수에 비례하여 발생한다[8]. 점자의 입력은 근육의 수축 강도가 일정하고, 입력의 횟수가 많은 손가락의 동작이다. 따라서 본 논문에서는 근육의 피로를 손 근육동작의 횟수로써 분석한다.

3.1 연구개요와 대상자 선정

SBraille 방법의 성능을 평가하기 위해 기존의 입력방법 3가지와 피로도 관점에서 비교하기 위해 해석적 방법과 실험에 의한 방법을 이용한다. 해석적 방법은 점자를 입력하기 위해 발생하는 손의 피로를 근육동작의 횟수로 표현하여 4가지 방법을 서로 비교하였다. 이를 위해 점자 한 글자를 표현하기 위해 발생하는 근육의 피로를 수식으로 나타낸 후 각각의 입력 방법에 따라 점자 모형 63가지를 입력할 경우 근육동작의 횟수의 총합을 구하였다.

또한 실험에 의한 방법은 실험대상자를 선정하여 4가지 점자 입력 방법에 따라 같은 내용의 점자를 반복 입력하게 하여 피로감을 느끼는 시점을 비교하였다. 실험대상자는 총 14명(남 3, 여 11명, 나이 20.5 ±3.5세, 손가락 질환 없음)의 젊은 연령층에 해당하고, 모바일 기기를 하루 평균 4시간 이상 사용하며 정보검색이 가능한 사람들이다. 한편 실험에 사용되는 모바일 기기는 거의 동일한 크기와 무게의 기기를 이용하였으며, 실험에는 아이폰과 안드로이드폰 두 가지를 사용하였다.

3.2 해석적 방법

본 논문에서는 해석적 방법으로 손의 피로도를 근육동작의 횟수로 표현하기 위해 표 1과 같이 점자 입력에 사용되는 손의 움직임을 근육의 동작으로 구분하였다. 터치는 구부리는 동작, 들기는 협력 수축이 일어나 구부리는 동작과 펴는 동작이 동시에 일어나고, 위로 스와이프하거나 오른쪽/왼쪽으로 이동하기는 오므리는 동작, 아래로 스와이프하거나 왼쪽/아래쪽으로 이동하기는 벌리는 동작이 일어난다. 들기는 점자의 입력에 직접 관여하지는 않지만 다음입력을 위해 손가락의 자세를 유지하기 위해 근육이 협력수축을 하기 때문에 다른 동작과 비교하여 최소 2배의 피로를 느낀다[4]. 그리고 표 1로 부터 나온 손의 동작들에 가중치를 두어 식 (1)로 정의하였다.

Table 1.

Hand movements involved in braille input behaviors

점자입력방법의 피로도를 계산하기 위해 표 2와 같이 각 점자 입력방법별 입력횟수, 손가락의 동작과 입력할 때 사용하는 손가락 수를 구분하였다.

Table 2.

Finger movements in each braille input method

점자를 입력할 때 손의 피로도는 사용되는 손 근육의 동작 횟수들을 모두 더한 것으로 구한다. 여기서 손 근육의 동작은 표 1에서 나타낸 것으로 한정한다. 점자 한 개를 입력하기 위해 사용하는 손의 동작으로 발생되는 손의 피로도는 식 (1)과 같다.

F_one는 점자 한 개를 입력할 때 발생하는 손의 피로의 총합이다. 여기서, n은 점자 한 개를 입력하기 위해 필요한 입력 패턴(터치, 스와이프 등)의 총수와 입력방법에 사용하는 손가락 개수의 곱이다. 또한 F_f은 구부리는 동작(flexor)의 피로, F_e는 펴는 동작(extensor)의 피로, (F_f + F_e) 는 펴는 동작과 구부리는 동작이 동시에 일어나는 동작의 피로, F_add은 오므리는 동작(adductor)의 피로, F_abd은 벌리는 동작(abductor)의 피로이다.

한편, 손가락의 한 방향 동작들은 피로에 있어서 비슷하다고 보고 가중치를 1로 두었다. 그러나 다음 입력을 위해 손가락을 들고 있는 경우는 구부리는 동작과 펴는 동작이 동시에 일어난 것으로 보아 가중치를 2로 두었다.

3.3 실험적 방법

본 논문에서는 실험적인 방법으로 4가지 점자 입력방법에 대해서 해당 동작을 반복적으로 수행하여 피로를 느끼는데 걸리는 시간을 측정하는 실험을 수행하였다. 피 실험자들에게 본 실험에 대해 충분한 설명을 한 뒤에 4가지 점자 입력방법을 먼저 숙지하도록 하였다. 피 실험자들은 점자가 익숙하지 않기 때문에 점자를 단어나 문장이 아닌 글자를 입력하도록 하였고, 4가지 방법 모두에서 입력이 가능한 영어 점자를 선택하였다. 그리고 각 점자 입력방법 선택하여 10분정도 점자 입력이 익숙하도록 연습을 한 뒤에 본 실험을 실시하였다.

피로를 측정하기 위해 힘든 정도에 따라 6점에서 20점 사이의 점수를 매기는 운동 자각도(Borg Scale)를 사용하였다[9]. 이는 근전도와 비슷한 정도의 신뢰성을 가진 측정방법으로 피 실험자들에게 손가락이 뻣뻣해지는 정도를 13점으로 보정하였다.

한 사람이 네 종류의 점자 입력방법을 각각의 방법으로 점자를 반복적으로 입력하면서 손이나 팔의 아무런 통증 또는 피로(근육의 뻐근함)이 느껴지는 시점(TFF: Time to feel fatigue)인 보정된 13점에 도달하기까지 걸린 시간을 측정하였다. 하나의 점자 입력방법을 사용하여 반복적으로 점자를 입력하여 피로를 느낀 시점을 측정하였다. 손의 휴식을 위해 30분 이상 휴식을 하고 손의 피로감이 없음을 확인한 후 다른 점자 입력방법에 관한 실험을 실시하였다.

4.1 해석에 의한 피로도 분석

4가지 점자 입력방법에 따른 손의 피로도를 비교하기 위해, 총합 피로도(F_tot)와 평균 피로도(F_avg)를 구하였다(표 3 참조). F_tot 는 각 입력방법에 따라서 계산하는데, 63가지 점자를 입력할 경우 각각의 점자 입력에 대해서 사용되는 손의 동작(표 2참조)의 횟수를 식 (1)에 대입하여 모두 더하였다. F_avg 는 F_tot 를 63으로 나눈 것으로 점자 한 자를 입력하기 위한 평균적인 손의 피로도를 나타낸다.

Table 3.

Fatigue comparison among braille input methods

표 3에 따르면, 제안하는 점자 입력방법(SB)의 피로는 평균 피로도는 3.984이었고, SingleTapBraille(STB)이 9.016, TypeInBraille(TB)이 5.730, Braille-Touch(BT)가 12.714이었다.

결과적으로 점자 하나를 입력하기 위해 SB가 손 근육동작의 횟수가 가장 적고, 손의 피로를 적게 느끼는 방법임을 알 수 있다. 한편, BT는 다른 방법보다 많은 수의 손가락을 사용하며, 다음 입력을 위해 들고 있는 손가락의 개수가 많아 손 근육동작의 횟수가 가장 많고, 따라서 손의 피로를 가장 많이 느끼는 방법으로 평가된다.

4.2 실험에 의한 피로도 분석

피 실험자가 점자를 반복적으로 입력했을 경우에 점자 입력방법에 따른 손의 피로를 느낀 시간(TFF)을 측정한 결과는 표 4와 같다. 표 4에 따르면 SB는 점자 입력을 시작한 뒤 평균 7.5±2.71분이 지나서 피로를 느꼈으며, STB는 평균 7.43±0.64분이 지나서, TB는 평균 6.36±0.56분이 지나서, 그리고 BT는 평균 5.00±0.45분이 지나서 피로를 느꼈다. 결과적으로 SB가 다른 입력방법들에 비해서 피로를 가장 늦게 느끼는 방법으로 평가된다.

Table 4.

TFF among braille input methods (unit: min)

또한 TFF값에 관하여 통계적으로도 유효한지 검증하기 위해서 SB와 다른 입력방법들을 개별적으로 비교하였다(표 5 참조). 표 4에서 확인한 바와 같이 SB가 TB와 STB보다 피로를 느끼는 시각이 늦지만, 표 5의 따르면 통계적으로 유의한 수준은 아니다. 다만, SB가 BT보다 피로를 늦게 느끼는 것은 통계적으로도 유의하다.

Table 5.

Comparison of TFF among Braille input methods