[논문]모니터링 정확도와 운용 강건성을 고려한 개인전투체계용 착용형 생체센서 어레이의 최적 위치 분석

하슬기; 박상헌; 임현철; 백승호; 김도경; 윤상희

doi:10.9766/kimst.2019.22.2.287

모니터링 정확도와 운용 강건성을 고려한 개인전투체계용 착용형 생체센서 어레이의 최적 위치 분석
Analysis of the Optimal Location of Wearable Biosensor Arrays for Individual Combat System Considering Both Monitoring Accuracy and Operational Robustness 원문보기

韓國軍事科學技術學會誌 = Journal of the KIMST, v.22 no.2, 2019년, pp.287 - 297

하슬기 (인하대학교 기계공학과) , 박상헌 (인하대학교 기계공학과) , 임현철 (인하대학교 기계공학과) , 백승호 (LIG넥스원(주) C4I 연구소) , 김도경 (LIG넥스원(주) C4I 연구소) , 윤상희 (인하대학교 기계공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Monitoring for the physiological state of a solider is essential to the realization of individual combat system. Despite all efforts over the last decades, there is no report to point out the optimal location of the wearable biosensors considering both monitoring accuracy and operational robustness. In response, we quantitatively measure body temperature and heartrate from 34 body parts using 2 kinds of biosensor arrays, each of which consists of a thermocouple(TC) sensor and either a photoplethysmography(PPG) sensor or an electrocardiography(ECG) sensor. The optimal location is determined by scoring each body part in terms of signal intensity, convenience in use, placement durability, and activity impedance. The measurement leads to finding the optimal location of wearable biosensor arrays. Thumb and chest are identified as best body parts for TC/PPG sensors and TC/ECG sensors, respectively. The findings will contribute to the successful development of individual combat system.

주제어

표/그림 (10)

그림 Fig. 1. 34 body parts for measurement
그림 Fig. 2. Experimental apparatus and methods. (a) Biosensor array I. (b) Biosensor array Ⅱ. (c) Two-point discrimination. (d) Skin stretchability measurement
그림 Fig. 3. Monitoring accuracy measurement. (a) TC sensor. (b) PPG sensor. (c) ECG sensor
표 Table 1. Generalized formulas to calculate normalized indices for monitoring accuracy and operating robustness
그림 Fig. 4. Body maps for monitoring accuracy. (a) TC sensor. (b) PPG sensor. (c) ECG sensor
표 Table 2. Measurement data and point for 34 parts in human body
그림 Fig. 5. Body maps for convenience in use. (a) Hand accessibility. (b) Tactile perception
그림 Fig. 6. Body maps for placement durability (a) Perspiration weight. (b) Skin stretchability
그림 Fig. 7. Body maps for activity impedance (a) Physical contact in motion (b) Inter-electrode length
그림 Fig. 8. Body maps for the distribution of position index, P. (a) Biosensor array I (TC+PPG). (b) Biosensor II (TC+ECG)

AI 본문요약
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문제 정의

. 개인전투체계 중 생존보호시스템은 전장 환경에서 개인병사의 생존성을 보장하고 전투력을 극대화하기 위해 환경 위협요소(온도, 바람, 화재 등), 전장 위협요소(탄도, 화염 및 열기, 화생방 등), 적의 감시 등으로부터 병사를 통합적으로 방호하는 것을 목적으로 하며 통합헬멧, 방탄복, 피아 식별기, 방독면, 보호의, 생체환경센서 등으로 구성된다. 이중 생체환경센서를 통한 생체신호 모니터링은 전투 중 발생할 수 있는 위협에 대한 무자각적인 대응방안 중의 하나로 병사 생존성 향상의 핵심요소라 할 수 있다.

제안 방법

따라서 본 연구의 실험대상자는 건강한 20대 남성으로써 유의함을 알 수 있다. Fig. 2a-b와 같이 체온은 TC 센서(Libelium, Spain)로 측정하였고, 심박은 PPG 센서(World Famous Electronics LLC, USA) 혹은 ECG 센서(Libelium, Spain)를 사용하였으며 두 종류의 심박 센서와 체온 센서는 심박과 체온을 동시에 측정할 수 있는 두 종류의 어레이를 구성하였다. 첫 번째 어레이는 PPG 센서와 TC 센서의 조합으로 두 센서 모두 측정을 위한 하나의 전극만을 사용하므로 대상 인체 부위에 나란히 부착하여 측정하였다.
TC 센서와 PPG 센서 그리고 ECG 센서의 출력신호 크기에 따라서(Fig. 3 참조) 인체부위별 모니터링 정확도를 점수화 하였다(Table 2 참조). 모니터링 정확도는 모든 센서에 있어서 가장 기본적이면서도 중요시 되어야하는 요소이다.
지면/총기와의 접촉이 강하거나 지속적으로 발생하는 인체부위는 1점, 지면/총기와의 접촉이 약하거나 간헐적인 인체부위는 2점, 지면/ 총기와의 접촉이 없는 인체부위는 3점을 부여한다. 각각의 전투행동에 위와 같은 기준으로 점수를 배분한 후 그 평균을 구해 인체 주요부위의 점수로 할당하였다. IL은 센서 어레이의 길이를 고려한 요소로 길이가 짧을수록 높은 점수를 얻는다.
먼저, 측정 대상 인체 부위를 굽힘이 없는 상태로 한 후 피부에 10 mm × 10 mm 크기의 십자 기호를 잉크로 표시했다. 다음으로 상기 인체 부위를 최대로 굽힌 상태에서 변형된 십자 기호의 본을 테이프로 뜨는 방법으로 변형된 십자 기호의 크기를 측정했다. 십자가의 변형 전 가로, 세로 길이를 b_i, h_i라고 하고 변형후의 가로, 세로길이를 b_f, h_f라고 하면, 피부 신축률 λ는 식 (1)과 같이 계산한다.
다음으로 인체부위별 운용 강건성은 사용 편의성, 부착 내구성, 행동 용이성으로 세분화하여 계산한다. 사용 편의성은 손 접근성 점수(Hand Accessibility, HA)와 피부 촉지각 점수(Tactile Perception, TP)로 평가한다.
이것을 위해서 기준 신호 대비 인체 주요부위에서 측정된 생체 신호의 크기를 비교하여 정량화한 후 모니터링 정확도로 반영했다. 다음으로, 상기 부착형 생체센서 어레이의 장시간, 안정적 운용을 위해서 인체 주요부위에 따른 생체센서 어레이의 운용 강건성을 평가한다. 본 연구에서는 부착형 생체센서 어레이의 운용 강건성을 사용 편의성, 부착 내구성 및 행동 용이성 측면에서 정량화하고 이를 최적 위치 결정에 반영했다.
첫 번째 어레이는 PPG 센서와 TC 센서의 조합으로 두 센서 모두 측정을 위한 하나의 전극만을 사용하므로 대상 인체 부위에 나란히 부착하여 측정하였다. 두 번째 어레이는 ECG 센서와 TC 센서의 조합으로 ECG 센서는 PPG 센서와 TC 센서와는 다르게 측정에 세 개의 전극을 필요로 하며 양극과 음극 사이에는 심장이 존재해야 하기 때문에 음극과 접지용 전극은 해당 측정 부위에 TC와 함께 위치하며 양극은 심장 부근에 위치를 고정하여 측정하였다. 생체 신호 측정 시 생체센서 어레이를 측정 대상 인체부위에 부착하고 3분간 대기한 후 1분간 측정을 수행하고, 각 인체부위 당 측정횟수는 3회이었다.
먼저, 개인전투체계용 착용형 생체센서 어레이의 최적 운용위치를 모니터링 정확도와 운용 강건성을 고려하여 결정한다. 둘째, 착용형 생체센서 어레이의 최적 운용위치를 체계적으로 결정할 수 있는 결정방법을 제시한다. 마지막으로, 체온과 심박 정보를 핵심 생체신호로 이용한다.
신체 부착형 센서는 전투행동 중 단단한 물체와 접촉으로 인한 충격으로 파손되거나 오작동을 일으킬 수 있다. 따라서 PC는 기초 전투 행동인 4가지 사격 자세(서서 쏴, 쪼그려 쏴, 무릎 쏴, 엎드려 쏴)와 4가지 포복 자세(응용 포복, 높은 포복, 낮은 포복, 뒤로 포복)를 수행하여, 해당 상황에서 단단한 물체(지면/총기)에 신체부위가 접촉하는 정도에 따라 점수를 분배했다. 지면/총기와의 접촉이 강하거나 지속적으로 발생하는 인체부위는 1점, 지면/총기와의 접촉이 약하거나 간헐적인 인체부위는 2점, 지면/ 총기와의 접촉이 없는 인체부위는 3점을 부여한다.
첫 번째 생체센서 어레이는 열전대(thermocouple, TC) 센서와 PPG 센서로 구성되고, 두 번째 것은 TC 센서와 ECG 센서로 구성된다. 또한 인체 주요부위에 대해 사용 편의성, 부착 내구성, 행동 용이성에 대해 평가한다. 이를 통해 생체센서 어레이를 이용하여 병사의 생체신호를 모니터링 함에 있어 모니터링 정확도와 운용 강건성 측면을 고려한 최적 운용위치를 도출한다.
본 연구는 다음과 같은 특징을 가진다. 먼저, 개인전투체계용 착용형 생체센서 어레이의 최적 운용위치를 모니터링 정확도와 운용 강건성을 고려하여 결정한다. 둘째, 착용형 생체센서 어레이의 최적 운용위치를 체계적으로 결정할 수 있는 결정방법을 제시한다.
본 연구에서 개인전투체계용 부착형 생체센서 어레이의 최적 위치는 생체센서 어레이에 적용된 복수의 생체센서가 가지는 모니터링 정확도와 생체센서 어레이의 운용 강건성으로부터 결정했다. 먼저, 모니터링 정확도를 통해서 측정위치에 따른 생체 신호의 질을 평가했다. 이것을 위해서 기준 신호 대비 인체 주요부위에서 측정된 생체 신호의 크기를 비교하여 정량화한 후 모니터링 정확도로 반영했다.
본 연구에서 개인전투체계용 부착형 생체센서 어레이의 최적 위치는 생체센서 어레이에 적용된 복수의 생체센서가 가지는 모니터링 정확도와 생체센서 어레이의 운용 강건성으로부터 결정했다. 먼저, 모니터링 정확도를 통해서 측정위치에 따른 생체 신호의 질을 평가했다.
본 연구에서는 2종류의 착용형 생체센서 어레이를 이용하여 Fig. 1의 인체 주요부위 34 곳에서 체온과 심박을 정량적으로 측정 및 분석한다. 첫 번째 생체센서 어레이는 열전대(thermocouple, TC) 센서와 PPG 센서로 구성되고, 두 번째 것은 TC 센서와 ECG 센서로 구성된다.
만약 위치 지수를 모니터링 정확도 점수와 운용 강건성 점수의 합으로 계산할 경우, 생체신호가 전혀 측정되지 않지만 운용 강건성 점수가 높은 부위가 생체센서 어레이의 최적 부착위치로 평가될 위험성에 노출되게 된다. 본 연구에서는 기본적이고 종합적인 운용상황을 고려하여 운용 강건성의 각 요소들을 동일한 가치로 해석하여 단순 합산을 하였으나, 사용하는 센서의 종류나, 형태, 목적에 따라서 각각에 가중치를 달리하여 사용할 수 있다. P가 높을수록 착용형 생체센서 어레이의 운용위치로 더 선호됨을 의미한다.
본 연구에서는 높은 신뢰도와 강한 내구성을 요구하는 군수분야의 특성을 반영하여 모니터링 정확도와 운용 강건성을 고려한 개인전투체계용 착용형 생체센서 어레이의 최적위치 분석을 수행하였다. 모니터링 정확도는 세가지 종류의 생체센서(TC 센서, PPG 센서, ECG 센서)의 측정된 생체신호의 크기를 인체 부위별로 비교하여 점수화 하였고, TC 센서는 겨드랑이, PPG 센서는 손가락, ECG 센서는 가슴에서 가장 측정신호의 정확도가 높았다.
다음으로, 상기 부착형 생체센서 어레이의 장시간, 안정적 운용을 위해서 인체 주요부위에 따른 생체센서 어레이의 운용 강건성을 평가한다. 본 연구에서는 부착형 생체센서 어레이의 운용 강건성을 사용 편의성, 부착 내구성 및 행동 용이성 측면에서 정량화하고 이를 최적 위치 결정에 반영했다. 착용형 생체센서 어레이의 최적 운용 위치를 결정하기 위해 인체 주요부위의 체온, 심박, 손 접근성, 피부 촉지각, 발한량, 피부 신축성, 지면 및 총기와의 물리적 접촉, 전극 간 거리 등을 모든 실험대상자에 대해 동일한 환경 조건인 25±3 °C에서 측정하였다.
본 연구에서는 생체센서 어레이의 최적 부착위치를 모니터링 정확도와 운용 강건성을 고려하여 결정했다. 이를 위해 모니터링 정확도 점수와 운용 강건성 점수의 곱으로 계산되는 위치 지수(P)를 계산하여 가장 높은 위치 지수를 가지는 인체 부위를 최적의 부착위치로 선정했다.
다음으로 인체부위별 운용 강건성은 사용 편의성, 부착 내구성, 행동 용이성으로 세분화하여 계산한다. 사용 편의성은 손 접근성 점수(Hand Accessibility, HA)와 피부 촉지각 점수(Tactile Perception, TP)로 평가한다. 인체부위별 HA는 착용형 센서에 있어 사용자로 하여금 착용형 센서를 조작함에 있어 얼마나 편안함을 제공하느냐를 보여주는 척도이다.
사용 편의성은 착용형 생체센서의 조작 편의성을 나타내는 HA와 착용 편의성을 나타내는 TP로 구성되어 있으며 운용 강건성의 한 부분으로써 평가 되었다. 생체센서 어레이가 부착되는 인체부위가 사용자가 센서를 손으로 조작하기에 편리한지 및 눈으로 관찰하기에 편리한지에 대한 여부로 생체센서 어레이의 조작에 대한 용이성을 점수로 산출 하고 TPD 임계치를 통하여 착용위치의 촉각 인식에 대한 부분 또한 점수화하여 나타내었다.
인체 부위별 PW는 기존 연구^[10]의 발한량(w) 측정값과 식 (3)을 이용하여 계산한다. 상기 연구에서는 실험대상자가 125~135 수준의 심박수에 해당하는 운동(예를 들어, 속보, 자전거 타기, 테니스 복식 등에 해당)을 하면서 분비되는 땀 양을 흡수패드를 이용하여 측정하였다. 참고로, 상기 운동은 저·중강도의 운동으로 이는 병사가 작전 중 노출되는 운동 강도와 유사하다고 할 수 있다.
두 번째 어레이는 ECG 센서와 TC 센서의 조합으로 ECG 센서는 PPG 센서와 TC 센서와는 다르게 측정에 세 개의 전극을 필요로 하며 양극과 음극 사이에는 심장이 존재해야 하기 때문에 음극과 접지용 전극은 해당 측정 부위에 TC와 함께 위치하며 양극은 심장 부근에 위치를 고정하여 측정하였다. 생체 신호 측정 시 생체센서 어레이를 측정 대상 인체부위에 부착하고 3분간 대기한 후 1분간 측정을 수행하고, 각 인체부위 당 측정횟수는 3회이었다. 또한 동잡음을 제거하기 위해 PPG 센서는 이동평균 필터^[7]를 적용하였고, ECG 센서는 웨이브렛(wavelet) 변환^[8]을 이용하였다.
생체센서 어레이 II 또한 생체센서 어레이 I에서 사용한 방식과 동일하게 위치 지수의 평균 순위를 계산했다. 그 결과 기존 결과의 1, 2, 3위인 가슴, 겨드랑이, 옆구리가 평균 순위 1.
사용 편의성은 착용형 생체센서의 조작 편의성을 나타내는 HA와 착용 편의성을 나타내는 TP로 구성되어 있으며 운용 강건성의 한 부분으로써 평가 되었다. 생체센서 어레이가 부착되는 인체부위가 사용자가 센서를 손으로 조작하기에 편리한지 및 눈으로 관찰하기에 편리한지에 대한 여부로 생체센서 어레이의 조작에 대한 용이성을 점수로 산출 하고 TPD 임계치를 통하여 착용위치의 촉각 인식에 대한 부분 또한 점수화하여 나타내었다. 먼저 HA는 Fig.
운용 강건성을 평가하는 마지막 지표로 행동 용이성을 확인하였다. 행동 용이성에서는 전투 행동시 생체센서 어레이에 파손을 초래할 수 있는 인체 부위와 행동에 제약을 줄 수 있는 부위를 선정해 점수화 했다.
먼저, 모니터링 정확도를 통해서 측정위치에 따른 생체 신호의 질을 평가했다. 이것을 위해서 기준 신호 대비 인체 주요부위에서 측정된 생체 신호의 크기를 비교하여 정량화한 후 모니터링 정확도로 반영했다. 다음으로, 상기 부착형 생체센서 어레이의 장시간, 안정적 운용을 위해서 인체 주요부위에 따른 생체센서 어레이의 운용 강건성을 평가한다.
본 연구에서는 생체센서 어레이의 최적 부착위치를 모니터링 정확도와 운용 강건성을 고려하여 결정했다. 이를 위해 모니터링 정확도 점수와 운용 강건성 점수의 곱으로 계산되는 위치 지수(P)를 계산하여 가장 높은 위치 지수를 가지는 인체 부위를 최적의 부착위치로 선정했다. TC 센서와 PPG 센서로 구성된 생체센서 어레이 I의 인체부위별 위치 지수는 식 (4)을 통하여 산출하였다(Fig.
또한 인체 주요부위에 대해 사용 편의성, 부착 내구성, 행동 용이성에 대해 평가한다. 이를 통해 생체센서 어레이를 이용하여 병사의 생체신호를 모니터링 함에 있어 모니터링 정확도와 운용 강건성 측면을 고려한 최적 운용위치를 도출한다. 본 연구는 다음과 같은 특징을 가진다.
이 때 TPD 임계치, d는 측정 대상 인체 부위에 대해 디바이더의 양 끝 거리를 조절하면서 실험대상자의 피부에 자극을 가해 주면서 실험대상자가 자극 점을 두 점으로 인식하는 최소거리이다. 인체 각 부위의 피부 신축률은 Fig. 2d와 같이 해당 부위의 굽힘이 없는 상태와 최대 굽힘이 있는 상태 사이의 길이 변화를 비교하여 계산했다. 먼저, 측정 대상 인체 부위를 굽힘이 없는 상태로 한 후 피부에 10 mm × 10 mm 크기의 십자 기호를 잉크로 표시했다.
착용형 생체센서 어레이는 인체의 피부와 직접 접촉하여 생체신호를 측정해야하기 때문에 운용시 이격은 치명적이다. 착용형 생체센서 어레이가 부착되는 부위에 땀이나 과도한 피부의 늘어남은 생체센서와 인체부위 사이에 이격을 발생시킬 수 있으므로 PW와 SS지표를 사용해 부착 내구성을 점수화 하였다. 발한량, PW의 경우 Fig.
착용형 생체센서 어레이의 최적 운용 위치를 결정하기 위해 인체 주요부위의 체온, 심박, 손 접근성, 피부 촉지각, 발한량, 피부 신축성, 지면 및 총기와의 물리적 접촉, 전극 간 거리 등을 모든 실험대상자에 대해 동일한 환경 조건인 25±3 °C에서 측정하였다.
2a-b와 같이 체온은 TC 센서(Libelium, Spain)로 측정하였고, 심박은 PPG 센서(World Famous Electronics LLC, USA) 혹은 ECG 센서(Libelium, Spain)를 사용하였으며 두 종류의 심박 센서와 체온 센서는 심박과 체온을 동시에 측정할 수 있는 두 종류의 어레이를 구성하였다. 첫 번째 어레이는 PPG 센서와 TC 센서의 조합으로 두 센서 모두 측정을 위한 하나의 전극만을 사용하므로 대상 인체 부위에 나란히 부착하여 측정하였다. 두 번째 어레이는 ECG 센서와 TC 센서의 조합으로 ECG 센서는 PPG 센서와 TC 센서와는 다르게 측정에 세 개의 전극을 필요로 하며 양극과 음극 사이에는 심장이 존재해야 하기 때문에 음극과 접지용 전극은 해당 측정 부위에 TC와 함께 위치하며 양극은 심장 부근에 위치를 고정하여 측정하였다.
추가적으로 생체센서 어레이 I의 최적 위치의 실험대상자 간 차이를 확인해보기 위해서 실험대상자 개인의 위치 지수로 최적 위치 순위를 구한 후 다른 실험대상자의 최적 위치 순위와 비교하여 인체 부위별 평균 최적 위치 순위를 구했다. 그 결과 기존의 평균값으로 계산한 최적 위치 순위 1, 2, 3위인 엄지, 엄지 외 손가락, 귀는 각각 평균 순위 2.

대상 데이터

05보다 큰 값이었다. 따라서 본 연구의 실험대상자는 건강한 20대 남성으로써 유의함을 알 수 있다. Fig.
실험대상자는 21-30세 사이의 건강한 남성 20명이었고, 신장과 체중은 각각 175.7±6.2 cm, 74.6± 8.9 kg이었다.

이론/모형

생체 신호 측정 시 생체센서 어레이를 측정 대상 인체부위에 부착하고 3분간 대기한 후 1분간 측정을 수행하고, 각 인체부위 당 측정횟수는 3회이었다. 또한 동잡음을 제거하기 위해 PPG 센서는 이동평균 필터^[7]를 적용하였고, ECG 센서는 웨이브렛(wavelet) 변환^[8]을 이용하였다. TC 센서의 경우, 측정 원리 상 동잡음에 둔감하기 때문에 별도의 신호 처리 방법을 적용하지 않았다.
착용형 생체센서 어레이의 최적 운용위치 지수 계산은 모니터링 정확도 점수와 운용 강건성 점수를 통해 계산한다. 점수의 정량화 방법으로 각 세부 지수마다 1-3점이 부여되도록 측정 및 조사로 얻어진 데이터에 정규화 기법을 사용한다. 먼저 모니터링 정확도 점수는 3종 생체센서 별 각 인체부위의 출력신호 크기를 이용하여 모니터링 정확도 점수로 정량화 한다.

성능/효과

8점을 획득한 가슴 및 겨드랑이 부위로 측정되었고 옆구리가 그 뒤를 이어 3순위에 올랐다. ECG 센서의 경우 PPG 센서와는 다르게 모든 인체부위에서 R 파형이 측정되기 때문에 ECG 센서의 모니터링 정확도 점수뿐만 아니라 TC 센서의 모니터링 정확도가 모두 높은 인체부위가 높게 평가되었다. 실제로 공동 1위를 차지한 가슴과 겨드랑이의 경우, TC 센서 모니터링 정확도 점수와 ECG 센서 모니터링 정확도 점수의 합에서 각각 5.
29 V의 크기를 가졌다. ECG 센서의 모니터링 정확도는 심장의 활동전위를 더 잘 측정 할 수 있는 위치에서 더 높은 점수를 보였다. 전체적으로 심장과 가까운 부위일수록 R 파형의 크기가 커져 높은 점수를 받았다.
0위를 기록했고 이는 전체 인체 부위의 평균 순위 중 2, 4, 1위이다(3위는 기존결과의 4위인 광대). 결국 개개인의 특성에 초점을 둔 최적 위치 순위 또한 Table 2에서 나타낸 순위와 매우 유사하며 본 연구결과의 최적 위치는 실험대상자인 건강한 20대 남성에게 보편적으로 사용될 수 있음을 암시한다.
관절부위에서 멀어질수록 낮은 신축률을 보였으며 그중에서도 귀는 스스로 움직일 수 없는 부위이기 때문에 굽힘 전 후의 면적의 변화가 없어 신축률은 0으로 가장 작은 피부의 신축률(λmin)을 보였다.
생체센서 어레이 II 또한 생체센서 어레이 I에서 사용한 방식과 동일하게 위치 지수의 평균 순위를 계산했다. 그 결과 기존 결과의 1, 2, 3위인 가슴, 겨드랑이, 옆구리가 평균 순위 1.3, 1.6, 5.7로 각각 해당 방식에서 1, 2, 4위로 나타났고 생체센서 어레이 II의 최적 위치도 본 실험에 참가한 실험대상자인 건강한 20대 남성에게 보편적으로 적용 할 수 있음을 알 수 있다.
추가적으로 생체센서 어레이 I의 최적 위치의 실험대상자 간 차이를 확인해보기 위해서 실험대상자 개인의 위치 지수로 최적 위치 순위를 구한 후 다른 실험대상자의 최적 위치 순위와 비교하여 인체 부위별 평균 최적 위치 순위를 구했다. 그 결과 기존의 평균값으로 계산한 최적 위치 순위 1, 2, 3위인 엄지, 엄지 외 손가락, 귀는 각각 평균 순위 2.6, 4.3, 2.0위를 기록했고 이는 전체 인체 부위의 평균 순위 중 2, 4, 1위이다(3위는 기존결과의 4위인 광대). 결국 개개인의 특성에 초점을 둔 최적 위치 순위 또한 Table 2에서 나타낸 순위와 매우 유사하며 본 연구결과의 최적 위치는 실험대상자인 건강한 20대 남성에게 보편적으로 사용될 수 있음을 암시한다.
15로 가장 큰 피부 면적 신축률(λ_max)을보였다. 다른 관절 부위도 높은 신축률을 보였으나 겨드랑이이 두 번째로 높은 신축률을 보였으며 그에 반하여 얼굴 부위 및 다리는 낮은 신축률을 보였다. 관절부위에서 멀어질수록 낮은 신축률을 보였으며 그중에서도 귀는 스스로 움직일 수 없는 부위이기 때문에 굽힘 전 후의 면적의 변화가 없어 신축률은 0으로 가장 작은 피부의 신축률(λ_min)을 보였다.
또한 하체와 상체부위에서는 대부분 높은 TPD 임계치를 보였는데 그 중에서 골반이 가장 둔감한 부위로 나타났고 골반의 TPD 임계치는 42.2±16.8 mm(dmax) 이었다.
본 연구에서는 높은 신뢰도와 강한 내구성을 요구하는 군수분야의 특성을 반영하여 모니터링 정확도와 운용 강건성을 고려한 개인전투체계용 착용형 생체센서 어레이의 최적위치 분석을 수행하였다. 모니터링 정확도는 세가지 종류의 생체센서(TC 센서, PPG 센서, ECG 센서)의 측정된 생체신호의 크기를 인체 부위별로 비교하여 점수화 하였고, TC 센서는 겨드랑이, PPG 센서는 손가락, ECG 센서는 가슴에서 가장 측정신호의 정확도가 높았다. 운용 강건성은 사용 편의성, 부착 내구성, 행동 용이성으로 세분화되며 이들은 또 손 접근성, 피부 촉지각, 발한량, 피부 신축률, 지면 및 총기와의 물리적 접촉, 전극 간 거리로 세분화되어 다양한 요소를 고려하여 인체 부위별 점수화를 진행했다.
8 mm(d_max) 이었다. 본 연구에서 피부 촉지각 측면에서 둔감한 부위가 생체 센서 어레이의 운용위치로 선호되었다.
ECG 센서의 경우 PPG 센서와는 다르게 모든 인체부위에서 R 파형이 측정되기 때문에 ECG 센서의 모니터링 정확도 점수뿐만 아니라 TC 센서의 모니터링 정확도가 모두 높은 인체부위가 높게 평가되었다. 실제로 공동 1위를 차지한 가슴과 겨드랑이의 경우, TC 센서 모니터링 정확도 점수와 ECG 센서 모니터링 정확도 점수의 합에서 각각 5.06점과 5.89점으로 가장 높은 점수를 획득하였다. 견갑골의 경우, TC 센서 모니터링 정확도 점수와 ECG 센서 모니터링 정확도 점수의 합은 4.
5b는 피부 촉지각 점수를 보여준다. 전체적으로 손 부위와 관자놀이를 제외한 얼굴부위에서 낮은 TPD 임계치를 보였다. 특히, 손가락의 경우 엄지 외 손가락이 가장 민감한 부위로 측정되었고 TPD 임계치는 1.
ECG 센서의 모니터링 정확도는 심장의 활동전위를 더 잘 측정 할 수 있는 위치에서 더 높은 점수를 보였다. 전체적으로 심장과 가까운 부위일수록 R 파형의 크기가 커져 높은 점수를 받았다. 하지만 뼈가 위치한 쇄골, 귀 등은 심장에서 비교적 가까운 거리임에도 불구하고 R 파형의 크기가 작아 낮은 점수를 받았다.
특히, 손가락의 경우 엄지 외 손가락이 가장 민감한 부위로 측정되었고 TPD 임계치는 1.6±0.5 mm(dmin)인 것을 확인하였다.
피부 면적 신축률은 모든 관절 부위에서 굽힘 전 후의 차이가 크게 측정 되었으며 그 중 팔꿈치에서 0.40±0.15로 가장 큰 피부 면적 신축률(λmax)을보였다.

후속연구

본 연구에 사용한 두 종류의 착용형 생체센서 어레이는 모두 심박 센서(PPG 센서, ECG 센서)와 체온 센서(TC 센서)로 구성되어 있고 해당 센서들은 현재까지 국내외에서 보급 및 연구개발 중인 착용형 생체센서들 중에서도 가장 활발히 이용되는 종류의 생체센서이기 때문에 본 연구의 활용 가능성은 무궁무진하며 추후 개인전투체계의 생체신호 모니터링 시스템 개발에 핵심적인 기여를 할 수 있을 뿐만 아니라 민수분야의 개인용 착용형 건강관리 시스템 개발에도 많은 도움이 될 것으로 기대된다^[12].

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	생존보호시스템에는 어떻게 구성이 되는가?	개인전투체계는 병사가 최상의 무기체계라는 인식하에 병사의 치명성, 지휘통제 능력, 생존성, 임무지속성 및 기동성을 향상시킴으로써 미래 전장 환경에서 적보다 전투상의 우월성을 확보하는 것을 목적으로 하는 무기체계이다[1]. 개인전투체계 중 생존보호시스템은 전장 환경에서 개인병사의 생존성을 보장하고 전투력을 극대화하기 위해 환경 위협요소(온도, 바람, 화재등), 전장 위협요소(탄도, 화염 및 열기, 화생방 등), 적의 감시 등으로부터 병사를 통합적으로 방호하는 것을 목적으로 하며 통합헬멧, 방탄복, 피아 식별기, 방독면, 보호의, 생체환경센서 등으로 구성된다. 이중 생체환경센서를 통한 생체신호 모니터링은 전투 중 발생할 수 있는 위협에 대한 무자각적인 대응방안 중의 하나로 병사 생존성 향상의 핵심요소라 할 수 있다.
	개인전투체계란?	개인전투체계는 병사가 최상의 무기체계라는 인식하에 병사의 치명성, 지휘통제 능력, 생존성, 임무지속성 및 기동성을 향상시킴으로써 미래 전장 환경에서 적보다 전투상의 우월성을 확보하는 것을 목적으로 하는 무기체계이다[1]. 개인전투체계 중 생존보호시스템은 전장 환경에서 개인병사의 생존성을 보장하고 전투력을 극대화하기 위해 환경 위협요소(온도, 바람, 화재등), 전장 위협요소(탄도, 화염 및 열기, 화생방 등), 적의 감시 등으로부터 병사를 통합적으로 방호하는 것을 목적으로 하며 통합헬멧, 방탄복, 피아 식별기, 방독면, 보호의, 생체환경센서 등으로 구성된다.
	생체신호 모니터링 관련 연구가 주목되는 이유는?	개인전투체계 중 생존보호시스템은 전장 환경에서 개인병사의 생존성을 보장하고 전투력을 극대화하기 위해 환경 위협요소(온도, 바람, 화재등), 전장 위협요소(탄도, 화염 및 열기, 화생방 등), 적의 감시 등으로부터 병사를 통합적으로 방호하는 것을 목적으로 하며 통합헬멧, 방탄복, 피아 식별기, 방독면, 보호의, 생체환경센서 등으로 구성된다. 이중 생체환경센서를 통한 생체신호 모니터링은 전투 중 발생할 수 있는 위협에 대한 무자각적인 대응방안 중의 하나로 병사 생존성 향상의 핵심요소라 할 수 있다.

저자의 다른 논문 :

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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