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문제 정의
- 본 연구는 스마트 의류의 선행연구를 기반으로 하여 센서 기반형 의복에 적합하도록 디자인을 설계, 제작하였다.
- 본 연구에서는 센서기반 스마트 의류에 적합한 생체신호 측정 센서를 도출하고 그를 기반으로 생체 센서 기반 스마트 의류의 기능성을 탐색하였다.
- 이에 본 연구에서는 생체 신호 감지 센서를 중심으로 그 유형별 기능과 의복에서의 통합 적합성을 고찰하고, 적합한 센서들을 탐색한 후 이를 통해 의류의 효용성과 생체 신호 감지 기능을 갖춘 센서 기반형 스마트 의류의 디자인 프로토타입을 개발함으로써, 생체 신호 감지 센서기술에 기반 건강관리용 스마트 의류의 가능성을 모색하는 것을 목표로 하였다.
제안 방법
- 1) 문헌 고찰을 통해 생체 신호 측정을 위한 센서 중 의복과의 통합에 적합한 센서들을 추출하여 분류하였다.
- 2) 생체 센서를 기반으로 한 스마트 의류의 디자인 개발을 위해 피복 공학적 측면과 센서와 의류의 통합성과 그에 따른 착용성 등을 고려하여 디자인하였다.
- 이를 통해 심전도, 호흡량과 맥박, 체온 등의 기본적 생체 신호를 얻을 수 있도록 설계하였다. 각 센서를 통해 얻은 생체 신호는 무선통신을 통해 메인 컴퓨터로 전송되도록 하였으며, 이들의 작동을 위해 코인 셀(coin cell) 배터 리를 사용하여 구성하였다.
- 그 결과 센서의 메인보드 부분은 동작에 불편을 주지 않는 부위인 목 뒤쪽에 부착되도록 설계하였다. 체온 센서는 체온을 가장 정확하게 잴 수 있으면서도 움직임에 영향을 적게 받는 암홀 아래 부분에 부착하였다.
- 선정된 생체 신호 센서와의 용공 학적 측면을 고려하여, 본 연구에서 사용될 센서 선정, 기기를 구성하였다. 기기의 구성요소를 분석하고 그를 기반으로 내외피를 설계, 기기를 설계하였으며, 프로토타입을 제작하였다. 연구 방법은 다음과 같다(그림 4).
- 기기의 탈부착을 가능케 하였다. 기기의 보호를 위해 뒷목주머니 안쪽에 폴리우레탄으로 홈을 만들어 기기를 넣을 수 있도록 하였다. 이는 충돌로부터 기기의 보호와 안정된 수납을 고려한 것이다(그림 10).
- 개발하였다(그림 l(b))[16]. 또한 극한 온도의 추위를 견딜 수 있는 탐험대원용 코트를 개발하였는데 이 의복에는 위치, 거리, 방위와 기온 등을 확인할 수 있는 센서와 고도를 측정할 수 있는 센서를 장착하였다. 패브릭에 바이오센서를 부착하여 심장박동, 혈압, 체온의 측정이 가능한 스포츠 의복도 선보였다(그림 2).
- 다양한 소매 형태를 연구한 결과 가장 활동성이 좋으며, 활동 시 센서의 움직 임 에 영향을 주지 않는 라글란 소매로 디자인하였다. 또한 다양한 외피와의 호환을 위해 짧은 팔의 내피로 디자인하였다(그림 7).
- 상품화하였다[16]. 또한 의류회사인 리바이스 (Levis)와 공동으로 착용자의 바이탈 사인을 체크함으로써 신체적 상태를 점검하는 건강개념의 재킷을 개발하였다.
- 메인 보드는 심전도센서, 배터리, 무선통신으로 구성이 되어있으며, 메인보드는 3개의 심전도 전극, 체온센서 와이어와 연결이 되어 그들로부터 생체 신호를 수집하도록 설계하였다(그림 5).
- 호흡량의 생체 신호를 얻을 수 있다. 메인 보드의 센서들을 통해 측정된 생체 신호 값은 필터링을 통해 정량화된 신호체계로 블루투스(bluetooth) 방식의 무선통신을 통해 실시간으로 메인 컴퓨터로 전송되도록 설계하였다. 메인 컴퓨터에서는 측정된 생체 신호를 확인할 수 있다.
- 본 연구에서 개발한 스마트 의류는 기존의 와이어를 제거하고 직물 신호선으로 대신하였다. 직물 신호선은 직물에 전기적 신호가 통할 수 있도록 직조된 상용화된 소재를 재단 및 봉제하여 본 연구의 프로토타입에 적합한 신호선의 형태로 개발, 제작하였다.
- 장치이다. 본 연구에서는 3개의 전극을 이용하여 심전도 신호를 측정하도록 하였다.
- 생체 신호를 측정하는 센서는 측정부위에 따라 인체 내부, 인체 외부로 나눌 수 있는데, 여기서는 표피를 통해 측정할 수 있는 센서만을 대상으로 고찰하였다.
- 센서를 도출하였다. 선정된 생체 신호 센서와의 용공 학적 측면을 고려하여, 본 연구에서 사용될 센서 선정, 기기를 구성하였다. 기기의 구성요소를 분석하고 그를 기반으로 내외피를 설계, 기기를 설계하였으며, 프로토타입을 제작하였다.
- 선행 연구와 여러 문헌을 고찰하여 스마트 의류에 적합한 센서를 도출하였다. 선정된 생체 신호 센서와의 용공 학적 측면을 고려하여, 본 연구에서 사용될 센서 선정, 기기를 구성하였다.
- 본 연구에서는 생체 신호 센서에 관련된 전문 문헌 [, 7] 센서 기반 스마트 의류에 대한 선행연구[9, 11] 등을 대상으로 문헌연구를 수행하였다. 센서의 종류, 센서의 현재 기술들과 의복 내 센서 통합이 착용성에 미치는 영향 등을 고려하여 생체 신호감지 센서의 의복 적합성을 평가하였다.
- 외피의 암홀 라인으로 이어지는 체온 센서의 와이어는 뒷목 부위의 트임을 통해 내피의 메인보드 부분과 연결이 되도록 설계하였다. 와이어는 외피의 암홀 부분에 트리밍 처리하였으며, 정확한 체온측정을 위해 센서 부분은 외피의 암홀 하단 내부에 위치하도록 하였다. 또한 체온 센서는 세탁이 가능한 것으로 구성하여, 별다른 탈부착 없이 세탁이 가능하다(그림 6).
- 외피는 액티브 스포츠 의류로서 흡한 속건 소재인 “COOLEVER”를 사용하여 땀을 빠르게 흡수하고 외부로 발산시켜 착용자가 쾌적한 상태를 유지할 수 있도록 하였다.
- 디자인하였다. 외피의 암홀 라인으로 이어지는 체온 센서의 와이어는 뒷목 부위의 트임을 통해 내피의 메인보드 부분과 연결이 되도록 설계하였다. 와이어는 외피의 암홀 부분에 트리밍 처리하였으며, 정확한 체온측정을 위해 센서 부분은 외피의 암홀 하단 내부에 위치하도록 하였다.
- 위의 요건들을 고려하여 생체센서 기반 스마트 의류의 내외피를 디자인하였다.
- 기준으로 도출하였다. 의류에 내장하여야 할 만큼 항시 필요로 한 센서인 심전도, 호흡, 맥박, 혈압, 체온, 뇌전도를 추출, 그 중 의류에 적용하기 적합한 센서 인 심전도, 호흡, 체온 센서를 사용하였다.
- 이를 기반으로 센서 기반 스마트 의류에 적합한 센서를 착용가능성, 착용시 신호 정확성, 센서의 크기 및 측정 방법 등을 고려하여 의복으로 측정이 가능한 센서들을 도줄하여 본 연구에 적용하였다.
- 구성하였다. 이를 통해 심전도, 호흡량과 맥박, 체온 등의 기본적 생체 신호를 얻을 수 있도록 설계하였다. 각 센서를 통해 얻은 생체 신호는 무선통신을 통해 메인 컴퓨터로 전송되도록 하였으며, 이들의 작동을 위해 코인 셀(coin cell) 배터 리를 사용하여 구성하였다.
- 전극은 서로 다른 세 부분에 부착되어야 하는데, 메인보드로부터 각 전극까지의 거리가 일정해야 보다 정확한 신호를 얻을 수 있다. 이에 따라 각 전극의 방향성, 일정거리, 안정된 부착성을 고려하여 양쪽 윗가슴, 왼쪽 등뒤의 세방향에 메인보드로부터 각각 25cm 떨어진 부위에 전극이 위치하도록 설계하였다(그림 9).
- 내피의 메인보드와 연결되도록 하였다. 직물 신호선 끝 부분에는 스냅단추를 달아 메 인보드와 직물 신호선이 서로 연결되도록 하였으며, 이를 통해 신호를 전달할 수 있도록 하였다(그림 11).
- 직물 신호선으로 대신하였다. 직물 신호선은 직물에 전기적 신호가 통할 수 있도록 직조된 상용화된 소재를 재단 및 봉제하여 본 연구의 프로토타입에 적합한 신호선의 형태로 개발, 제작하였다. 직물 신호선의 사용으로 와이어로 인해 느껴지는 이물감을 없애 착용성이 높였다.
대상 데이터
- 2) 체온센서 : 신체에 직접 접촉을 통해 체온을 측 ■ 정하는 지름 1cm 크기의 체온 센서를 사용하였다.
- 3) 배터리 : 센서들의 작동과 신호의 무선전송을 위해 3.3V의 코인 셀(coin cell)배터리 2개를 사용하였다.
- 내피의 소재 구성은 심전도센서의 정확한 신호 측정과 착용성을 고려해 라이크라가 혼용된 소재를 내피의 주소재로 사용하였다. 심전도(ECG)의 전극과 메인보드 간의 전기적 신호를 전달하기 위해 전도성 섬유를 사용하였으며, 기기의 보호를 위해 완충작용을 할 수 있는 폴리우레탄 소재를 기기 수납 부위에 사용하였다.
- 다양한 소매 형태를 연구한 결과 가장 활동성이 좋으며, 활동 시 센서의 움직 임 에 영향을 주지 않는 라글란 소매로 디자인하였다. 또한 다양한 외피와의 호환을 위해 짧은 팔의 내피로 디자인하였다(그림 7).
- 본 연구에 사용된 센서는 심전도 센서와 체온 센서로 구성하였다. 이를 통해 심전도, 호흡량과 맥박, 체온 등의 기본적 생체 신호를 얻을 수 있도록 설계하였다.
- 본 연구에서는 생체 신호 센서에 관련된 전문 문헌 [, 7] 센서 기반 스마트 의류에 대한 선행연구[9, 11] 등을 대상으로 문헌연구를 수행하였다. 센서의 종류, 센서의 현재 기술들과 의복 내 센서 통합이 착용성에 미치는 영향 등을 고려하여 생체 신호감지 센서의 의복 적합성을 평가하였다.
- 주소재로 사용하였다. 심전도(ECG)의 전극과 메인보드 간의 전기적 신호를 전달하기 위해 전도성 섬유를 사용하였으며, 기기의 보호를 위해 완충작용을 할 수 있는 폴리우레탄 소재를 기기 수납 부위에 사용하였다.
- 심전도(ECG)전극은 의용 공학적 이론에 기초하여가장 정확한 신호를 얻을 수 있는 3전극을 사용하였다. 전극은 서로 다른 세 부분에 부착되어야 하는데, 메인보드로부터 각 전극까지의 거리가 일정해야 보다 정확한 신호를 얻을 수 있다.
이론/모형
- 4) 무선통신 : 생체 신호를 무선으로 메인 컴퓨터에 전송하기 위해 블루투스(bluetooth) 방식을 사용하였다.
- 기기의 부착위치는 카네기 멜론 대학의 연구에서 제시한 착용성 향상을 위한 웨어러블 컴퓨터 디자인지침(그림 8)[8]을 기반으로 피복 공학적인 측면 즉, 운동시 피부의 굴곡과 신장이 적어 센서의 부착성에 영향을 주지 않는 범위를 선정하였다[4].
성능/효과
- 1) 생체센서기반 스마트 의류는 센서의 측정 부위가 신체에 직접 접촉되어야 하며, 움직임에도 생체신호 측정에 영향을 주지 않도록 디자인되어야 한다.
- 2) 센서가 장착된 의류의 착용시 의복 이외의 이물감을 느끼지 않도록 구성하여 생체 신호 측정이 원활하게 이루어져야 한다.
- 3) 심장박동, 혈압, 맥박-, 호흡, 체온을 측정하여 각종 심장 질환, 호흡기 질환 등의 다양한 질병을 예방, 치료할 수 있는 건강관리용 스마트 의류를 제시하였다.
- 3) 착용자가 신호즉정을 원하지 않을 경우 생체신호 측정을 중단할 수 있도록, 또한 세탁이 가능하게 하기 위해 기기의 탈부착이 고려되어야 한다.
- 4) 생체 신호를 측정할 수 있도록 하였으며, 측정된 신호들은 무선 통신을 통해 메인 컴퓨터에 전송, 모니터링 할 수 있어 실시간 건강 체크가 가능한 건강관리용 스마트 의류를 제시하였다. 그 결과 생체 센서 기반형 스마트 의류 디자인 프로토타입 개발은 의복의 형태에 생체 신호를 측정할 수 있게 개발함으로써 센서기반 스마트 의류의 모형을 제시하였다는 점에서 이 연구의 의의를 찾을 수 있으며 본 연구의 후속 연구로 사용성 및 착용성 평가를 통하여 센서 기반 스마트 의류의 개선된 프로토타입을 제시할 것이다.
후속연구
- 제시하였다. 그 결과 생체 센서 기반형 스마트 의류 디자인 프로토타입 개발은 의복의 형태에 생체 신호를 측정할 수 있게 개발함으로써 센서기반 스마트 의류의 모형을 제시하였다는 점에서 이 연구의 의의를 찾을 수 있으며 본 연구의 후속 연구로 사용성 및 착용성 평가를 통하여 센서 기반 스마트 의류의 개선된 프로토타입을 제시할 것이다.
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