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문제 정의
- 그러므로 본 연구는 가축을 대표하고 식육으로 공급되는 소와 돼지의 이표와 병합하여 사용할 수 있는 이표용(耳標用) 맥파 압력센서, 전도성 섬유센서 그리고 광(光)센서를 고안하여 맥파를 측정 후, 사육 가축에 적용할 최적의 맥파 센서 분석하고자 한다.
- 본 연구는 소와 돼지를 대상으로 이표용 맥파 압력센서, 전도성 섬유센서 그리고 광센서를 고안하여, 사육 가축에 적용 할 최적의 맥파 센서를 분석하는데 목적이 있다.
- 본 연구는 이표용 맥파 압력센서, 전도성 섬유센서, 광센서 중 사육가축에 적용 할 최적의 맥파 센서를 분석하기 위하여 소와 돼지를 대상으로 실험 한 결과 다음과 같은 결론을 내렸다. 소는 광센서가 압력 센서와 전도성 섬유센서 보다 가장 안정적으로 맥박수가 측정되어 가장 적합한 맥파센서로 나타났고, 돼지의 경우 압력센서, 전도성 섬유센서, 광센서 모두 적합한 센서로 나타났다.
제안 방법
- [Fig.1]과 [Fig. 2]와 같이 가축 목 부위에 부착한 회로부는 가축 개체의 맥파 측정 정보를 저장하며, 외부장치의 요청에 따라 작성된 맥파 정보를 무선으로 전송하도록 하였다. 또한 맥파 정보 수집을 위한 센서부, 데이터의 처리 및 무선 통신 등 맥파 정보를 처리하기 위한 연산부, 연산부의 제어에 따라 점등 또는 점멸 되는 램프, 데이터 처리 및 외부장치와의 연동을 위한 실시간 클럭신호를 제공하는 클럭 발생기((RTC : Real Time Clock), 외부장치와 통신을 수행하기 위한 무선모듈 및 송신기 장치를 포함하여 구성하였다.
- 이표용 맥파 센서는 귀 뒷면부와 맥파 센서가 고정 구비되어 있어 가축의 활동 시에도 센서 이탈을 확실하게 방지할 수 있도록 하였다. [Fig.1]과 같이 센서가 삽설 되는 PCB기판을 몰딩으로 제작하여 가축의 귀에 압착하여 센싱 할 수 있도록 구성하였고, PCB 기판과 고정부 사이에 기판의 압착을 견고하게 할 수 있도록 하는 압착 쿠션을 설치함으로써, 기판의 보호와 동시에 자동으로 가축의 생체정보를 측정하여 외부 장치로 전송하도록 하였다.
- 2]와 같이 이표용 맥파 센서를 대상 가축 귀의 뒷면에 부착하고 송신부 및 배터리는 목 부위에 부착하여 대상가축의 맥파를 1분 간격으로 20분 동안 측정 하였다. 대상가축의 맥파 측정은 고안 구성한 이표용 압력, 전도성 섬유, 광 맥파 센서를 이용하여 동일 대상에 각각 측정하였으며, 센서와 송신장치 그리고 배터리를 부착 후 ,1시간 뒤부터 소와 돼지의 안정 시 맥파를 측정하였다. 또한 측정 시 대상 가축이 걷거나 뛰지 않은 상태에서 측정을 하였다.
- 대상가축의 맥파 측정은 고안된 시스템에 의하여 [Fig. 2]와 같이 이표용 맥파 센서를 대상 가축 귀의 뒷면에 부착하고 송신부 및 배터리는 목 부위에 부착하여 대상가축의 맥파를 1분 간격으로 20분 동안 측정 하였다. 대상가축의 맥파 측정은 고안 구성한 이표용 압력, 전도성 섬유, 광 맥파 센서를 이용하여 동일 대상에 각각 측정하였으며, 센서와 송신장치 그리고 배터리를 부착 후 ,1시간 뒤부터 소와 돼지의 안정 시 맥파를 측정하였다.
- 0 통계 프로그램을 이용하여, 측정된 맥파에 대해 평균과 표준편차(M±SD)를 산출 하였다. 또한 대상 가축의 이표용 압력, 전도성 섬유 그리고 광 맥파 센서에서 측정된 맥파의 시간별 분포도에 의하여 측정 범위의 오차를 확인하였다. 세 센서의 맥파 평균치 차이 검증을 위하여 One-Way ANOVA를 이용 하였으며, 통계적 유의수준은 p<.
- 2]와 같이 가축 목 부위에 부착한 회로부는 가축 개체의 맥파 측정 정보를 저장하며, 외부장치의 요청에 따라 작성된 맥파 정보를 무선으로 전송하도록 하였다. 또한 맥파 정보 수집을 위한 센서부, 데이터의 처리 및 무선 통신 등 맥파 정보를 처리하기 위한 연산부, 연산부의 제어에 따라 점등 또는 점멸 되는 램프, 데이터 처리 및 외부장치와의 연동을 위한 실시간 클럭신호를 제공하는 클럭 발생기((RTC : Real Time Clock), 외부장치와 통신을 수행하기 위한 무선모듈 및 송신기 장치를 포함하여 구성하였다.
- 대상가축의 맥파 측정은 고안 구성한 이표용 압력, 전도성 섬유, 광 맥파 센서를 이용하여 동일 대상에 각각 측정하였으며, 센서와 송신장치 그리고 배터리를 부착 후 ,1시간 뒤부터 소와 돼지의 안정 시 맥파를 측정하였다. 또한 측정 시 대상 가축이 걷거나 뛰지 않은 상태에서 측정을 하였다.
- 본 연구는 소와 돼지의 이표용 맥파 압력센서, 전도성 섬유센서 그리고 광 센서의 맥파 측정 정확도를 분석하여 다음의 결과를 얻었다.
대상 데이터
- 본 연구를 수행하기 위한 대상 가축은 C도, H군의 축산농가에서 소 10마리, 돼지 10마리를 무작위로 추출하였다. 이 대상 가축들은 의학적 질병 소견이 없는 건강한 가축 이었으며, 동일한 소와 돼지집단에게 이표용 맥파 압력센서, 전도성 섬유센서 그리고 광 센서를 부착하여 실험하였다.
- 본 연구에 사용된 맥파 센서는 압력, 전도성 섬유, 광맥파 센서를 각각 포함하여 구성되어 있다. 이표용 맥파 센서는 귀 뒷면부와 맥파 센서가 고정 구비되어 있어 가축의 활동 시에도 센서 이탈을 확실하게 방지할 수 있도록 하였다.
- 본 연구를 수행하기 위한 대상 가축은 C도, H군의 축산농가에서 소 10마리, 돼지 10마리를 무작위로 추출하였다. 이 대상 가축들은 의학적 질병 소견이 없는 건강한 가축 이었으며, 동일한 소와 돼지집단에게 이표용 맥파 압력센서, 전도성 섬유센서 그리고 광 센서를 부착하여 실험하였다. 이 대상 가축의 생체 특성은 [Table 1]과 같다.
데이터처리
- 본 연구에서는 Window용 SPSS/PC Ver 18.0 통계 프로그램을 이용하여, 측정된 맥파에 대해 평균과 표준편차(M±SD)를 산출 하였다.
- 세 센서의 맥파 평균치 차이 검증을 위하여 One-Way ANOVA를 이용 하였으며, 통계적 유의수준은 p<.05 로 설정 하였다.
성능/효과
- 4]의 분산도에서도 평균치의 값에서 전반적으로 측정값이 벗어나 일정한 값을 주지 못하고 있다. 광센서는 83.25 beats/min 이었으며 표준편차가 02.94beats/min로 매우 작은 편차를 보였고 최소 맥박이 78beats/min, 최대 맥박이 88beats/min로 10beats/min의 적은 차이를 보였으며, [Fig. 5]의 분산도에서도 평균치의 값에서도 전반적으로 측정값이 평균값과 일정한 수준을 보이고 있다. 세 가지 측정센서별 평균치 차에 대한 유의수준은 F-value =.
- 이표용 광센서의 경우는 소귀의 신체적 구조나 털과 관계없이 광 투과와 반사가 잘 이루어져 압력센서와 섬유센서에 비해 안정적으로 맥박수가 측정되었다. 또한 광센서는 맥박수의 평균치에 대한 표준편차 작았고 분산도가 평균치에 밀집되었으므로 이표용 소귀 맥파 측정센서로 적합하였다.
- 섬유센서의 평균 맥박수가 92.15 beats/min 이었으며 표준 편차가 2.18 beats/min 이었으며, 최소 맥박이 91 beats/min, 최대 맥박이 97 beats/min으로 최저치와 최고치의 차이는 6 beats/min 있었다. 또한 [Fig.
- 본 연구는 이표용 맥파 압력센서, 전도성 섬유센서, 광센서 중 사육가축에 적용 할 최적의 맥파 센서를 분석하기 위하여 소와 돼지를 대상으로 실험 한 결과 다음과 같은 결론을 내렸다. 소는 광센서가 압력 센서와 전도성 섬유센서 보다 가장 안정적으로 맥박수가 측정되어 가장 적합한 맥파센서로 나타났고, 돼지의 경우 압력센서, 전도성 섬유센서, 광센서 모두 적합한 센서로 나타났다.
- 돼지 귀에서 측정된 3가지 유형의 맥파 센서 결과는 [Table 3]과 같이 나타났다. 압력 센서의 평균 맥박수가 93.95 beats/min으로 측정되었고 표준 편차가 1.36 beats/min 이었으며, 최소 맥박이 90 beats/min, 최대 맥박이 96 beats/min으로 최저치와 최고치의 차이는 6 beats/min 이었다. 또한 [Fig.
- 이표용 세 가지 센서를 이용한 소와 돼지의 맥박수 측정 결과를 고려해 보면, 신체부위가 넓으면서 평평하고 털이 적을 경우는 세 가지 센서 모두 맥박수 측정에 용이하였으며 측정값도 일정하게 나타났다. 그러나 압력센서와 섬유센서의 경우는 소귀 부위에서 맥박수 측정이 일정하지 않고 측정이 잘 이루어지지 않아 신체부위가 굴곡이 많고 털이 길고 조밀한 가축의 특정한 신체부위에서는 생체측정이 어려울 것으로 사료된다.
- 이표용 압력센서와 섬유 센서 그리고 광센서는 돼지 귀의 신체 구조적인 특성과 털로 인한 센서의 접촉성 문제에 관계없이 맥박수가 잘 측정되었다. 또한 세 가지 형태의 센서에서 측정된 맥박수 분산도에서 보는 바와 같이 평균치에서 벗어나지 않은 분산 형태를 보이고 있다.
- 이표용 압력센서와 섬유 센서의 경우 소귀의 신체 구조적인 특성과 소귀의 길고 조밀한 털로 인한 센서의 접촉성이 낮아져 [Table 2]와 같이 평균치에서 표준편차가 크게 나타났으며 분산도에서도 평균치보다 많이 벗어난 형상을 보여 소귀의 맥파 센서로는 부적한 것으로 사료된다. 이표용 광센서의 경우는 소귀의 신체적 구조나 털과 관계없이 광 투과와 반사가 잘 이루어져 압력센서와 섬유센서에 비해 안정적으로 맥박수가 측정되었다.
후속연구
- 따라서 가축에 적용할 수 있는 맥파 측정용 센서와, 특히 특정 부위인 이표(耳標)를 활용할 수 있는 맥파 센서의 모색이 중요하다. 가축 귀의 두께가 각 개체마다 상이한 점을 고려하여 가축 이표용 최적의 맥파 센서를 분석하고 , 선행 개발된 장치의 단점들을 보완 할 수 있는 실용적인 연구, 개발이 시급하다. 이러한 연구는 동물들의 생체 신호를 측정하는 다양한 장치와 호환하여 사용할 수 있을 것으로 본다.
- 그러나 압력센서와 섬유센서의 경우는 소귀 부위에서 맥박수 측정이 일정하지 않고 측정이 잘 이루어지지 않아 신체부위가 굴곡이 많고 털이 길고 조밀한 가축의 특정한 신체부위에서는 생체측정이 어려울 것으로 사료된다. 따라서 소와 돼지의 이표용 맥박수 측정 장치로는 광 센서가 적합하며 질병을 모니터하는 IT 기반한 시스템으로의 활용도 기대할 수 있을 것으로 본다. 특히 이표에 부착하는 방식은 기존의 이표의 구조적 장치 내에 삽입하는 개발된 장치이기 때문에 추후 활용성에 대한 다양한 연구를 수행한다면 가축의 질병을 관찰하거나 동물의 생체 실험을 수행하는데 용이하게 적용될 것으로 본다.
- 또한 세 가지 형태의 센서에서 측정된 맥박수 분산도에서 보는 바와 같이 평균치에서 벗어나지 않은 분산 형태를 보이고 있다. 이러한 결과는 돼지 귀의 이표용 세 가지 형태의 센서는 모두 맥박수 측정에 효과적으로 사용할 수 있을 것으로 사료된다.
- 가축 귀의 두께가 각 개체마다 상이한 점을 고려하여 가축 이표용 최적의 맥파 센서를 분석하고 , 선행 개발된 장치의 단점들을 보완 할 수 있는 실용적인 연구, 개발이 시급하다. 이러한 연구는 동물들의 생체 신호를 측정하는 다양한 장치와 호환하여 사용할 수 있을 것으로 본다.
- 따라서 소와 돼지의 이표용 맥박수 측정 장치로는 광 센서가 적합하며 질병을 모니터하는 IT 기반한 시스템으로의 활용도 기대할 수 있을 것으로 본다. 특히 이표에 부착하는 방식은 기존의 이표의 구조적 장치 내에 삽입하는 개발된 장치이기 때문에 추후 활용성에 대한 다양한 연구를 수행한다면 가축의 질병을 관찰하거나 동물의 생체 실험을 수행하는데 용이하게 적용될 것으로 본다.
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