생체 신호 측정기술에 기반한 건강관리용 스마트 의류 디자인 프로토타입 개발 A Development of Design Prototype of Smart Clothing for Healthcare Based on Sensing Technology of Vital Signs원문보기
스마트 의류의 발달은 pc 를 분산, 부착한 웨어러블 컴퓨터의 연구로부터 진행되어 왔으며, 1990 년대 후반 이후 착용자 감성을 고려해 더욱 편안하며, 의복과 유사한 외관을 디자인 하려는 노력이 전개되고 있다. 스마트 의류는 엔터테인먼트, 비즈니스, 스포츠, 의료 분야에 적용 등 다양한 애플리케이션으로 연구, 개발되고 있으며, 최근 들어서는 생체신호 센서를 이용한 건강관리용 스마트 의류의 연구가 주목 받고 있다. 건강에 대한 관심과 라이프 스타일의 변화, 고령화 사회의 예상으로 인해 건강복지에 대한 필요성이 증가하는 최근 트렌드를 볼 때, 건강 관리용의 스마트 의류의 수요는 증가될 것으로 예상된다. 이에 본 연구에서는 기본적인 생체신호 뿐 아니라 심장 질환, 호흡기 질환을 측정할 수 있는 건강 개념의 스마트 의류 디자인을 개발하였다. 이 스마트 의류는 기존의 의복의 형태와 착용감은 그대로 유지하면서 의복 착장 시 생체 신호를 전송, 모니터링 할 수 있도록 설계하였다. 개발된 의복은 심전도, 체온 센서로 구성되어 있으며, 이를 통해 심전도, 호흡량, 맥박, 체온 등의 생체신호를 얻을 수 있다. 디자인 프로토타입의 기기 위치 선정은 선행 연구에서 제시한 '착용성 향상을 위한 웨어러블 컴퓨터 디자인 지침' 을 기반으로 설계하여 착장 시 기기로 인한 이물감이 느껴지지 않도록 하였으며 또한, 기기의 하중을 최소화 하였다. 의복의 디자인은 센서의 안정된 부착과 활동성, 센서의 정확한 측정을 고려하여 표피의 면적 변화를 고찰하여 디자인하였다. 이 스마트 의류는 노인, 건강 이상자, 통원 치료자에게 평상시의 건강을 체크 함으로써 보다 원활한 치료의 가능으로 의료 복지에 기여할 것으로 예상되며, 디자인 프로토타입의 개발을 통하여 센서기반 스마트 의류의 가능성을 제시했다는 점에서 이 연구의 의의가 있다.
스마트 의류의 발달은 pc 를 분산, 부착한 웨어러블 컴퓨터의 연구로부터 진행되어 왔으며, 1990 년대 후반 이후 착용자 감성을 고려해 더욱 편안하며, 의복과 유사한 외관을 디자인 하려는 노력이 전개되고 있다. 스마트 의류는 엔터테인먼트, 비즈니스, 스포츠, 의료 분야에 적용 등 다양한 애플리케이션으로 연구, 개발되고 있으며, 최근 들어서는 생체신호 센서를 이용한 건강관리용 스마트 의류의 연구가 주목 받고 있다. 건강에 대한 관심과 라이프 스타일의 변화, 고령화 사회의 예상으로 인해 건강복지에 대한 필요성이 증가하는 최근 트렌드를 볼 때, 건강 관리용의 스마트 의류의 수요는 증가될 것으로 예상된다. 이에 본 연구에서는 기본적인 생체신호 뿐 아니라 심장 질환, 호흡기 질환을 측정할 수 있는 건강 개념의 스마트 의류 디자인을 개발하였다. 이 스마트 의류는 기존의 의복의 형태와 착용감은 그대로 유지하면서 의복 착장 시 생체 신호를 전송, 모니터링 할 수 있도록 설계하였다. 개발된 의복은 심전도, 체온 센서로 구성되어 있으며, 이를 통해 심전도, 호흡량, 맥박, 체온 등의 생체신호를 얻을 수 있다. 디자인 프로토타입의 기기 위치 선정은 선행 연구에서 제시한 '착용성 향상을 위한 웨어러블 컴퓨터 디자인 지침' 을 기반으로 설계하여 착장 시 기기로 인한 이물감이 느껴지지 않도록 하였으며 또한, 기기의 하중을 최소화 하였다. 의복의 디자인은 센서의 안정된 부착과 활동성, 센서의 정확한 측정을 고려하여 표피의 면적 변화를 고찰하여 디자인하였다. 이 스마트 의류는 노인, 건강 이상자, 통원 치료자에게 평상시의 건강을 체크 함으로써 보다 원활한 치료의 가능으로 의료 복지에 기여할 것으로 예상되며, 디자인 프로토타입의 개발을 통하여 센서기반 스마트 의류의 가능성을 제시했다는 점에서 이 연구의 의의가 있다.
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문제 정의
본 연구는 스마트 의류의 선행연구를 기반으로 하여 센서 기반형 의복에 적합하도록 디자인을 설계, 제작하였다.
본 연구에서는 센서 측정을 이용한 건강관리용 스마트 의류의 가능성을 탐색하고 디자인 프로토타입을 개발하였다. 이 의복은 기존의 의복의 형태와 착용감은 그대로 유지하면서 심장박동, 혈압, 맥박, 호흡, 체온을 측정할 수 있도록 하였으며, 측정 결과를 실시간으로 메인 컴퓨터에 전송할 수 있도록 하여 심장 질환, 호흡기 질환 등의 다양한 질병을 예방할 수 있도록 설계하였다.
그러나 현재 국내의 센서기반 스마트 의류의 연구, 개발은 미비한 상황이다. 이에 본 연구에서는 기본적인 생체신호 뿐 아니라 심장 질환, 호흡기 질환을 측정할 수 있는 스마트 의류 디자인을 개발하여 생체신호 측정 센서 기술에 기반한 건강관리용 스마트 의류의 개발 가능성을 탐색하고, 디자인 프로토타입을 개발하였다.
제안 방법
이 디자인은 기존의 의복의 형태와 착용감은 그대로 유지하면서 의복 착장 시 생체 신호를 전송, 모니터링 할 수 있도록 설계하였다. 또한 내외피의 분리 및 내 외피간의 호환이 가능하게 하였으며, 기기의 탈 부착을 통해 세탁이 가능하도록 구성하였다.
착용자의 움직임에 따라 센서 측정의 정확도가 달라짐을 고려하여 활동성이 좋고, 센서 측정에 영향을 주지 않는 라글란 소매로 디자인하였다. 또한 다양한 외피와의 호환을 위해 짧은 팔의 내피로 디자인하였다(그림 8).
메인 보드는 뒷목 부분에 반 주머니 형태로 설계하여 기기의 탈 부착이 가능케 하였으며, 주머니 안쪽에 폴리 우레탄으로 홈을 만들어 기기를 충격으로부터 보호할 수 있도록 하였다. 직물 신호선은 내피 내부에 설계되어 메인보드와 연결되도록 하였으며, 스냅단추를 통하여 전기적 신호가 전달되도록 구성하였다(그림 10 ).
선행연구의 고찰과 의공학적 특면을 고려하여 스마트 의류에 적합한 센서를 도출, 기기를 구성하였다. 스마트 의류의 선행연구들과 인간공학적 측면의 선행연구의 고찰을 통하여 디자인을 설계하였으며, 디자인 프로토타입을 제작하였다.
기기의 부착위치는 카네기 멜론대학의 연구에서 제시한 ‘착용성 향상을 위한 웨어러블 컴퓨터 디자인 지침’[7]을 기반으로 피복 공학적인 측면을 고려하여 선정하였다. 센서의 메인보드 부분은 목 뒤쪽에 부착되도록 설계하였으며, 체온센서는 체온을 가장 정확하게 잴 수 있는 암홀 아래 부분에 부착하였다. 심전도 전극은 의용공학적 이론에 기초하여 가장 정확한 신호를 얻을 수 있도록 거리, 방향성, 부착성을 고려하여 양쪽 윗가슴, 왼쪽 등뒤의 세 방향에 전극의 위치를 선정하였다(그림9 ).
선행연구의 고찰과 의공학적 특면을 고려하여 스마트 의류에 적합한 센서를 도출, 기기를 구성하였다. 스마트 의류의 선행연구들과 인간공학적 측면의 선행연구의 고찰을 통하여 디자인을 설계하였으며, 디자인 프로토타입을 제작하였다. 연구 방법은 다음과 같다(표 1).
외피는 일상적인 스포츠 의류의 형태로, 내피와 어울리게 디자인하였다. 와이어는 외피의 암홀 부분에 트리밍 처리 하였으며, 와이어는 외피를 통해 내피의 메인보드 부분과 연결이 되도록 설계하였다 (그림 7).
외피는 흡한 속건 소재인 ‘COOLEVER”를 사용하여 땀을 빠르게 흡수하고 외부로 발산시켜 착용자가 쾌적한 상태를 유지할 수 있도록 하였다. 내피는 센서의 정확한 측정과 착용성을 고려해 라이크라가 혼합된 소재로 구성하였다.
이 디자인은 기존의 의복의 형태와 착용감은 그대로 유지하면서 의복 착장 시 생체 신호를 전송, 모니터링 할 수 있도록 설계하였다. 또한 내외피의 분리 및 내 외피간의 호환이 가능하게 하였으며, 기기의 탈 부착을 통해 세탁이 가능하도록 구성하였다.
본 연구에서는 센서 측정을 이용한 건강관리용 스마트 의류의 가능성을 탐색하고 디자인 프로토타입을 개발하였다. 이 의복은 기존의 의복의 형태와 착용감은 그대로 유지하면서 심장박동, 혈압, 맥박, 호흡, 체온을 측정할 수 있도록 하였으며, 측정 결과를 실시간으로 메인 컴퓨터에 전송할 수 있도록 하여 심장 질환, 호흡기 질환 등의 다양한 질병을 예방할 수 있도록 설계하였다. 이 스마트 의류는 노인, 건강 이상자, 통원 치료자에게 평상시의 건강을 체크 함으로써 보다 원활한 치료의 가능으로 의료 복지에 기여할 것으로 예상되며, 디자인 프로토타입의 개발을 통하여 센서기반 스마트 의류의 가능성을 제시했다는 점에서 이 연구의 의의가 있다.
본 연구에 사용된 센서는 심전도 센서와 체온 센서로 구성하였다. 이를 통해 심전도, 호흡량과 맥박, 체온 등의 기본적 생체 신호를 얻을 수 있도록 설계하였다(그림 6).
내피 디자인은 센서의 안정된 부착과 활동성을 고려하여 피복인간공학적 측면을 고찰하여 디자인하였다[4]. 착용자의 움직임에 따라 센서 측정의 정확도가 달라짐을 고려하여 활동성이 좋고, 센서 측정에 영향을 주지 않는 라글란 소매로 디자인하였다. 또한 다양한 외피와의 호환을 위해 짧은 팔의 내피로 디자인하였다(그림 8).
비보메트릭사(VivoMetrix)의 라이프셔츠(lifeshirt)는 수술 이후 계속적인 관찰이 필요한 환자와 암 환자들의 통증처치에 사용된다. 환자는 베스트 형태의 의류에 연결된 PDA를 통하여 지속적으로 자신의 상태를 체크하며, 생체 데이터를 의료진에게 전송, 위급한 상태에 대처할 수 있도록 설계하였다[11](그림 2).
대상 데이터
외피는 흡한 속건 소재인 ‘COOLEVER”를 사용하여 땀을 빠르게 흡수하고 외부로 발산시켜 착용자가 쾌적한 상태를 유지할 수 있도록 하였다. 내피는 센서의 정확한 측정과 착용성을 고려해 라이크라가 혼합된 소재로 구성하였다. 센서와 메인보드간의 신호 전달을 위해 전도성 섬유를 사용하였으며, 기기의 보호를 위해 폴리우레탄 소재를 기기 수납 부위에 사용하였다.
본 연구에 사용된 센서는 심전도 센서와 체온 센서로 구성하였다. 이를 통해 심전도, 호흡량과 맥박, 체온 등의 기본적 생체 신호를 얻을 수 있도록 설계하였다(그림 6).
내피는 센서의 정확한 측정과 착용성을 고려해 라이크라가 혼합된 소재로 구성하였다. 센서와 메인보드간의 신호 전달을 위해 전도성 섬유를 사용하였으며, 기기의 보호를 위해 폴리우레탄 소재를 기기 수납 부위에 사용하였다.
이론/모형
기기의 부착위치는 카네기 멜론대학의 연구에서 제시한 ‘착용성 향상을 위한 웨어러블 컴퓨터 디자인 지침’[7]을 기반으로 피복 공학적인 측면을 고려하여 선정하였다. 센서의 메인보드 부분은 목 뒤쪽에 부착되도록 설계하였으며, 체온센서는 체온을 가장 정확하게 잴 수 있는 암홀 아래 부분에 부착하였다.
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