본 연구의 목적은 정신적, 신체적 힐링을 위한 명상용 스마트 의류 개발을 위한 기초연구로서 명상 시 복식호흡 수를 측정함으로써, 의복을 통해 명상의 진입상태를 모니터링 하기 위한 방법을 연구하는 것이다. 이를 위해 본 연구에서는 Single Wall Carbon Nano-Tube (SWCNT)를 기반으로 한 스트레인 게이지 타입의 직물센서를 구현하고, 1차 실험으로 0.1 Hz의 주기로 복부형태의 더미를 5 cm 길이로 2분간 개폐를 반복하여 명상호흡을 시뮬레이션 한 결과 참조전극인 BIOPAC과 직물호흡센서의 신호가 매우 높은 일치도를 나타냈다(p<0.001). 같은 조건으로 2차 본 실험에서 피험자 4명에게 명상호흡을 수행하도록 하였고, 배꼽점, 횡경막 부근 중심과 측면 총 4군데 위치에서 출력된 전압 값을 비교한 결과 배꼽점 중심 위치와 횡경막 측면에서 신호의 일치도가 높고, 크고 안정된 신호형태를 보여 명상호흡을 측정하기에 적합한 위치로 선정되었다. 따라서 본 연구에서는 긴 호흡주기의 명상호흡을 측정하기 위한 직물센서를 구현하고, 이 센서의 명상 호흡수 측정을 위한 신뢰성과 타당성을 검토하며, 인체 상 측정위치에 따른 호흡 수 측정효율을 비교, 고찰하는 것을 목표로 하였다.
본 연구의 목적은 정신적, 신체적 힐링을 위한 명상용 스마트 의류 개발을 위한 기초연구로서 명상 시 복식호흡 수를 측정함으로써, 의복을 통해 명상의 진입상태를 모니터링 하기 위한 방법을 연구하는 것이다. 이를 위해 본 연구에서는 Single Wall Carbon Nano-Tube (SWCNT)를 기반으로 한 스트레인 게이지 타입의 직물센서를 구현하고, 1차 실험으로 0.1 Hz의 주기로 복부형태의 더미를 5 cm 길이로 2분간 개폐를 반복하여 명상호흡을 시뮬레이션 한 결과 참조전극인 BIOPAC과 직물호흡센서의 신호가 매우 높은 일치도를 나타냈다(p<0.001). 같은 조건으로 2차 본 실험에서 피험자 4명에게 명상호흡을 수행하도록 하였고, 배꼽점, 횡경막 부근 중심과 측면 총 4군데 위치에서 출력된 전압 값을 비교한 결과 배꼽점 중심 위치와 횡경막 측면에서 신호의 일치도가 높고, 크고 안정된 신호형태를 보여 명상호흡을 측정하기에 적합한 위치로 선정되었다. 따라서 본 연구에서는 긴 호흡주기의 명상호흡을 측정하기 위한 직물센서를 구현하고, 이 센서의 명상 호흡수 측정을 위한 신뢰성과 타당성을 검토하며, 인체 상 측정위치에 따른 호흡 수 측정효율을 비교, 고찰하는 것을 목표로 하였다.
The purpose of this study is for fundamental research of meditation smart wear for physical and mental healing, and researching method for monitoring phase of meditation through textile by measuring the number of abdominal respiration when meditating. For this purpose, the research implemented Singl...
The purpose of this study is for fundamental research of meditation smart wear for physical and mental healing, and researching method for monitoring phase of meditation through textile by measuring the number of abdominal respiration when meditating. For this purpose, the research implemented Single Wall Carbon Nano-Tube (SWCNT) based strain gauges type textile sensor, considered reliability and validity of respiratory sensing, and analyzed efficiency of respiratory sensing based on body parts comparatively. The first preliminary experiment was to evaluate the performance of textile sensor through abdominal model dummy which open and shut of 5 cm repeatedly for 2 minutes at the rate of 0.1Hz in order to simulate abdominal respiration. It concluded signal efficiency between reference sensor(BIOPAC) and textile respiratory sensor appears statistically significant (p<0.001). The second experiment were conducted with 4 subjects doing abdominal respiration under same conditions, and after comparing the signal values between two sensors from 4 attached locations(around center and sides of omphali and phren), center of omphali and sides of phren were selected as suitable location for measuring meditational breathing as they showed large and stable signals. In result, this research aimed for implementing of the textile sensor for sensing meditational breathing of long respiration cycle, review of reliability and validity for sensing number of meditational respiration with the sensor and consideration of sensing efficiency by sensing location on body parts.
The purpose of this study is for fundamental research of meditation smart wear for physical and mental healing, and researching method for monitoring phase of meditation through textile by measuring the number of abdominal respiration when meditating. For this purpose, the research implemented Single Wall Carbon Nano-Tube (SWCNT) based strain gauges type textile sensor, considered reliability and validity of respiratory sensing, and analyzed efficiency of respiratory sensing based on body parts comparatively. The first preliminary experiment was to evaluate the performance of textile sensor through abdominal model dummy which open and shut of 5 cm repeatedly for 2 minutes at the rate of 0.1Hz in order to simulate abdominal respiration. It concluded signal efficiency between reference sensor(BIOPAC) and textile respiratory sensor appears statistically significant (p<0.001). The second experiment were conducted with 4 subjects doing abdominal respiration under same conditions, and after comparing the signal values between two sensors from 4 attached locations(around center and sides of omphali and phren), center of omphali and sides of phren were selected as suitable location for measuring meditational breathing as they showed large and stable signals. In result, this research aimed for implementing of the textile sensor for sensing meditational breathing of long respiration cycle, review of reliability and validity for sensing number of meditational respiration with the sensor and consideration of sensing efficiency by sensing location on body parts.
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문제 정의
이를 통해 인체에 센서를 부착할 때 위치 선정이 중요하다고 사료되어진다. 따라서 본 연구는 명상호흡 수 측정용 직물센서를 제작하고, 인체 적용 시 적합한 위치를 고찰하여 명상호흡을 진입 단계에 따라 모니터링하기 위한기초 자료를 제시하였다는 점에서 의의를 갖는다.
주기가 긴 호흡을 측정하기 위한 스마트 의류 및 직물센서에 대한 연구는 드문 실정이며, 기존의 센서는 명상단계를 모니터링하기에 효율적이지 않다. 따라서 본 연구에서는 긴 호흡주기의 명상호흡을 측정하기 위한 직물 센서를 구현하고, 이 센서의 명상호흡 측정을 위한 신뢰성과 타당성을 검토하여, 인체 상 측정위치에 따른 호흡수 측정효율을 비교 고찰하는 것을 목표로 하였다.
본 연구에서는 주기가 긴 명상용 호흡 모니터링을 위한 직물센서를 구현하고, 인체 상 측정위치에 따른호흡 수 측정효율을 비교, 고찰하였다. 그 결과 더미를 대상으로 한 실험에서는 본 연구의 직물센서가 명상호흡주기의 호흡수 측정을 위한 정확도 및 신뢰도,재현성, 우수한 신호 품질을 갖춘 것으로 나타났다.
제안 방법
센서의 제조방법은 다음과 같다. 72wt% 농도의 Carbon Nano-Tube (CNT) black powder를 증류수에 첨가하여 분산시킨 후, 28 wt% 농도의폴리우레탄 용액을 첨가하여 교반하였다. 이를 통해 CNT black 파우더가 에멀젼 내에서 효과적으로 분산된 전기전도성과 신축성이 우수한 에멀젼을 제조한후, 브러쉬 페인팅 방식으로 고신축성 경편물의 표면에 코팅 하였다(Fig.
벨트형태의 직물센서를 통해 4군데 위치에서 호흡수를 측정하였으며(Fig. 9), 측정신호의 정확도 및 신뢰도를 증명하기 위해 직물센서와 참조센서의 신호 값(Vp-p)을 고찰하였다(Fig. 10). 참조센서와 직물센서의 최고값, 최저값 간의 상관관계를 분석한 결과 평균 상관계수는 배꼽 중앙에서 0.
본 실험에서는 다음의 몇 가지 기준으로 실험 1, 2를 통해 획득한 신호의 정확도 및 신뢰도, 재현성, 신호품질을 평가하였다. 신호의 정확도 및 신뢰도를 위해서는 직물센서와 참조센서 신호를 통해 획득된 신호의 최고값(high peak) 및 최저값(low peak) 값 간의상관관계를 분석하였다.
본 연구의 직물기반 호흡수 측정 센서는 스트레인게이지의 측정원리를 기반으로 고안되었다. 스트레인 게이지형 센서는 전기 저항성은 길이에 비례, 단면적에 반비례하며 달라지는 원리에 의해 작동한다(Equation 1).
신호의 정확도 및 신뢰도를 위해서는 직물센서와 참조센서 신호를 통해 획득된 신호의 최고값(high peak) 및 최저값(low peak) 값 간의상관관계를 분석하였다. 신호의 재현성을 위해서는신호크기의 표준 편차분석과 신호의 베이스 라인의균일성 등을 평가하였다. 신호의 품질을 평가하기 위하여 신호의 크기와 파형의 명확성을 고찰하였다,
본 실험에서는 다음의 몇 가지 기준으로 실험 1, 2를 통해 획득한 신호의 정확도 및 신뢰도, 재현성, 신호품질을 평가하였다. 신호의 정확도 및 신뢰도를 위해서는 직물센서와 참조센서 신호를 통해 획득된 신호의 최고값(high peak) 및 최저값(low peak) 값 간의상관관계를 분석하였다. 신호의 재현성을 위해서는신호크기의 표준 편차분석과 신호의 베이스 라인의균일성 등을 평가하였다.
신호의 재현성을 위해서는신호크기의 표준 편차분석과 신호의 베이스 라인의균일성 등을 평가하였다. 신호의 품질을 평가하기 위하여 신호의 크기와 파형의 명확성을 고찰하였다,
72wt% 농도의 Carbon Nano-Tube (CNT) black powder를 증류수에 첨가하여 분산시킨 후, 28 wt% 농도의폴리우레탄 용액을 첨가하여 교반하였다. 이를 통해 CNT black 파우더가 에멀젼 내에서 효과적으로 분산된 전기전도성과 신축성이 우수한 에멀젼을 제조한후, 브러쉬 페인팅 방식으로 고신축성 경편물의 표면에 코팅 하였다(Fig. 2). 호흡 수 측정 직물센서는 12cm×2 cm 크기로 구현하였다(Fig.
직물센서의 양 측면 1 cm 구간에 인터커넥션부를 설치하기 위해 전도성 직물인 MPF (Metal Plated Fabric)로 감싸서 이 부분을 스테인레스 스틸사로 동일한 간격으로 스티칭하여 비 신축성 직물과 연결함으로써 벨트타입의 직물기반 호흡센서를 구현하였으며, velcro를 벨트 끝에 부착하여 복부에 착용할 수 있게 하였다(Fig. 4). 센서의 고유저항은 4 MΩ이고 gauge factor는5000 (Ω/m)으로 나타났다.
피험자 간 체형이 신호에 영향을 주지 않게 하기 위해 참조센서(BIOPAC)와 직물센서를 복부와 유사한 형태를 가진 최소둘레 80 cm 최대둘레 85 cm의 더미에 부착시킨 후(Fig. 5), 0.1 Hz의 주기로 더미를 2분간 5cm 반복적으로 개폐하여 호흡 시뮬레이션에 따른 참조센서와 직물센서로부터 획득한 신호의 정확도 및 신뢰도, 재현성, 신호품질을 평가하였다. 히스테리시스 현상이 재현성에 미치는 영향을 알아보기 위해 동일한 실험을 한 시간 단위로 하루 3번씩 일주일간 반복하였다.
6). 피험자는 0.1 Hz의 주기로 요가매트에 가부좌 자세로 앉아서 직물센서와 참조전극을 동일한 위치에 부착하여 각각 2분씩 복식호흡을 실시하게 한 후, 복부의 둘레변화에 따른 호흡센서의 전압의 변화를 관찰하였다(Fig. 8). 센서의 끝단으로부터 6 cm×0.
1 Hz의 주기로 더미를 2분간 5cm 반복적으로 개폐하여 호흡 시뮬레이션에 따른 참조센서와 직물센서로부터 획득한 신호의 정확도 및 신뢰도, 재현성, 신호품질을 평가하였다. 히스테리시스 현상이 재현성에 미치는 영향을 알아보기 위해 동일한 실험을 한 시간 단위로 하루 3번씩 일주일간 반복하였다.
대상 데이터
본 연구에서는 직물기반 호흡수 측정 센서를 구현하기 위해서는 호흡에 따른 복부의 체적 변화를 전기적 신호의 변화를 통해 감지할 수 있는 우수한 전기전도성과 신축성이 있는 재료가 센서에 사용되어야 하는데, 이를 위해 전도성 물질로 Single Wall CarbonNano-Tube (SWCNT)와 고 신축성 물질로 폴리우레탄을 사용하였다. 센서의 제조방법은 다음과 같다.
사이즈 코리아의 평균 허리둘레 사이즈(72.44 cm)와 배꼽수준허리둘레(77.42 cm)를 참고하여 명상호흡 경험이 없는 평균허리둘레를 가진 25-29세 여성 4명을 연구 대상자로 선정하였다. 모든 연구 대상자는 실험 참가에 앞서 명상용 복식호흡에 대한 교육을 받고 충분한 연습을 실시한 후 실험에 참여하였다.
3). 센서의 베이스로 사용된 편성물은 폴리에스터 77%, 폴리우레탄 23%로구성된 경편물이다. 에멀젼이 편물에 효과적으로 도포될 수 있도록 편물은 코팅 전 진공상태에서 보관하였으며, 에멀젼 코팅 후 120℃ 온도에서 1시간동안 열고정(curing) 공정을 거쳤다.
모든 연구 대상자는 실험 참가에 앞서 명상용 복식호흡에 대한 교육을 받고 충분한 연습을 실시한 후 실험에 참여하였다. 호흡수 측정의 위치로는 총 4군데 부위(상복부의 횡격막, 하복부의 배꼽점 중심, 측면)를 선정하였다(Fig. 6). 피험자는 0.
성능/효과
본 연구에서는 주기가 긴 명상용 호흡 모니터링을 위한 직물센서를 구현하고, 인체 상 측정위치에 따른호흡 수 측정효율을 비교, 고찰하였다. 그 결과 더미를 대상으로 한 실험에서는 본 연구의 직물센서가 명상호흡주기의 호흡수 측정을 위한 정확도 및 신뢰도,재현성, 우수한 신호 품질을 갖춘 것으로 나타났다. 그러나 신호의 품질에 있어서는 신호의 형태의 명확성 측면에서 보완이 필요할 것으로 고찰되었다.
1146으로 나타났다. 따라서 배꼽 중심에서 가장 크고 균일한 신호를 관찰할 수 있었으며, 더블피크 현상도 다른 위치들에 비해 가장 작게 나타나 신호의 품질이 가장 우수하게 나타났다. 횡격막 중심과 측면의 신호도 우수하게 나타났지만, 배꼽 측면은 신호 크기의 표준편차가 1 이상으로 비교적크게 나타나 신호품질이 떨어지는 것을 확인하였다(Table 3).
01)를 보였다(Table 2). 따라서 횡격막 중심과 배꼽측면은 호흡신호의 정확도 및 신뢰도가 비교적 낮아 호흡신호를 측정하기에 적합하지 않은 위치로 판명되었다. 신호의 재현성을 확인하기 위해 신호의 베이스라인의 평균과 표준편차를 확인한 결과 배꼽중심에서 평균 1.
더미부착 실험과는 달리 인체에서는 센서의 부착위치에 따라 신호의 정확도 및 신뢰도, 재현성, 품질이 다르게 나타났다. 명상호흡을 측정하기 위해 가장 적합한 위치는 배꼽 중심점, 횡격막 측면 순으로 나타났다. 횡격막 중심은 신호의 재현성과 품질은 양호 했지만 신호의 정확도 및 신뢰도가 낮은 수준으로 나타났다.
따라서 횡격막 중심과 배꼽측면은 호흡신호의 정확도 및 신뢰도가 비교적 낮아 호흡신호를 측정하기에 적합하지 않은 위치로 판명되었다. 신호의 재현성을 확인하기 위해 신호의 베이스라인의 평균과 표준편차를 확인한 결과 배꼽중심에서 평균 1.6667, 표준편차 0.49237,배꼽 측면에서 평균 5.5, 평균편차 1.08711로 나타났다.
신호의 정확도 및 신뢰도를 평가하기 위하여 참조센서와 직물센서 신호 값(Vp-p)의 상관계수를 분석한결과 평균 0.998의 의미 있는 정적 상관계수(p<0.01)가 나타나 참조센서의 신호와 직물센서의 신호 간에는 일치도가 높음을 알 수 있었다.
배꼽중심, 횡격막 중심, 횡격막 측면은 표준편차가1 미만으로 베이스 라인이 일관성 있게 나타났지만,배꼽 측면은 비교적 신호가 균일하지 못해 위치에 따른 신호의 재현성의 차이가 있음을 알 수 있다. 신호의 품질을 보기 위해 4명의 피험자 중 가장 평균적인 호흡신호 값을 보이는 2번 피험자의 데이터의 신호의 크기를 분석한 결과 배꼽중심은 평균 20.83, 표준편차0.3893, 횡격막 중심은 평균20.25, 표준편차 0.45227, 횡격막 측면은 평균 19.25, 표준편차 0.6215, 배꼽 측면은 평균 20.0, 표준편차 1.1146으로 나타났다. 따라서 배꼽 중심에서 가장 크고 균일한 신호를 관찰할 수 있었으며, 더블피크 현상도 다른 위치들에 비해 가장 작게 나타나 신호의 품질이 가장 우수하게 나타났다.
49237로 낮게 나타났다. 일주일간 21회의 실험을 반복한 결과 신호크기는 평균 20.5517, 베이스라인의 평균값 1.2414, 표준편차 0.4355 으로 균일한 형태를 보여 히스테리시스의 영향이 적어 신호의 품질이 양호하였다(Table 1). 신호의 크기 측면에서는 부분적으로 더블피크 현상이 고찰 되었으므로, 후속 신호처리 및 센서의 보완이 필요할 것으로 사료되었다(Fig.
참조센서와 직물센서의 최고값, 최저값 간의 상관관계를 분석한 결과 평균 상관계수는 배꼽 중앙에서 0.9185, 횡격막 측면에서0.8275로 높은 정적 상관계수(p<0.001)를 보여 신호의 정확도 및 신뢰도가 우수한 수준으로 나타났다.
따라서 배꼽 중심에서 가장 크고 균일한 신호를 관찰할 수 있었으며, 더블피크 현상도 다른 위치들에 비해 가장 작게 나타나 신호의 품질이 가장 우수하게 나타났다. 횡격막 중심과 측면의 신호도 우수하게 나타났지만, 배꼽 측면은 신호 크기의 표준편차가 1 이상으로 비교적크게 나타나 신호품질이 떨어지는 것을 확인하였다(Table 3).
명상호흡을 측정하기 위해 가장 적합한 위치는 배꼽 중심점, 횡격막 측면 순으로 나타났다. 횡격막 중심은 신호의 재현성과 품질은 양호 했지만 신호의 정확도 및 신뢰도가 낮은 수준으로 나타났다.배꼽 측면은 다른 측정 위치와 비교하여 신호의 정확도 및 신뢰도, 재현성, 품질이 떨어졌다.
후속연구
그 결과 더미를 대상으로 한 실험에서는 본 연구의 직물센서가 명상호흡주기의 호흡수 측정을 위한 정확도 및 신뢰도,재현성, 우수한 신호 품질을 갖춘 것으로 나타났다. 그러나 신호의 품질에 있어서는 신호의 형태의 명확성 측면에서 보완이 필요할 것으로 고찰되었다. 더미부착 실험과는 달리 인체에서는 센서의 부착위치에 따라 신호의 정확도 및 신뢰도, 재현성, 품질이 다르게 나타났다.
4355 으로 균일한 형태를 보여 히스테리시스의 영향이 적어 신호의 품질이 양호하였다(Table 1). 신호의 크기 측면에서는 부분적으로 더블피크 현상이 고찰 되었으므로, 후속 신호처리 및 센서의 보완이 필요할 것으로 사료되었다(Fig. 7).
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
정신적 압박, 스트레를 느끼는 심리적 상태는 무엇을 야기하는가?
최근 급변하는 현대사회와 날로 발전하는 기술의 급진적 변화 속에서 현대인들은 정신적 압박, 스트레스를 느끼게 되며 이러한 심리적 상태는 정신적, 신체적 건강에 악영향을 미치게 되어 고혈압, 우울증, 불면증 등 각종 스트레스성 질병을 야기한다(Wallace& Benson, 1972). 따라서 최근 ‘휴식’ ‘마음챙김’이라는 단어가 화두로 떠오르며 힐링 라이프스타일이 주목을 받고 있다.
명상은 무엇이 기본적 요건으로 요구되는가?
그 중 마음의 안정을 돕는 휴식방법으로 명상이 주목을 받고 있다(Park, 2014). 명상은 인도의 정신수련법인 요가의 일종으로 복식호흡이 기본요건으로 요구된다. 1935년에 명상이 심장 박동을 안정화시킨다는 사실이 알려지는 것을 시작으로, 호흡율의 감소, 뇌파의 변화, 신진대사를 느리게 하는 등 여러 신체적 반응을 유발시킨다는 사실이 알려졌다.
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