초록 ▼

□ 연구내용
1. 일상생활 행동인식 및 라이프 패턴 정보화 체계 개발
가. 일상생활지원 서비스 기존현황 분석 및 서비스 플랫폼 조사/분석 (7p)
- 다양한 신체 활동이 중요하지만 일생상활지원 활동(Activities of Daily Living)에서 모든 행동에 기반이 되는 기본적인 요소인 ‘이승’, ‘이동’, ‘화장실’의 지원에 대한 케어를 중심으로 기존 서비스 현황(기존 헬스케어 제품 및 서비스 현황, 선행 연구를 통한 헬스 케어 서비스 현황, 라이프케어 서비스 유형)을 분석하였으며, 이를 활용하여 라이프 패턴

□ 연구내용
1. 일상생활 행동인식 및 라이프 패턴 정보화 체계 개발
가. 일상생활지원 서비스 기존현황 분석 및 서비스 플랫폼 조사/분석 (7p)
- 다양한 신체 활동이 중요하지만 일생상활지원 활동(Activities of Daily Living)에서 모든 행동에 기반이 되는 기본적인 요소인 ‘이승’, ‘이동’, ‘화장실’의 지원에 대한 케어를 중심으로 기존 서비스 현황(기존 헬스케어 제품 및 서비스 현황, 선행 연구를 통한 헬스 케어 서비스 현황, 라이프케어 서비스 유형)을 분석하였으며, 이를 활용하여 라이프 패턴 정보화 체계를 개발하고자 하였음.
나. 일상생활 정보화 서비스 기반의 Data set 개발 (11p)
1). 라이프 패턴 정보 및 기능상태 서비스를 위한 서비스 체계 개발
- 초기화면은 로그인 관련 메뉴와 정보 수집을 위한 디바이스 연결, 기기로 부터 데이터 동기화와 관련된 체계로 구성되어 있으며, 이동량 서비스, 실내 이동 히스토리, 배설 생활 기록 서비스에 대한 체계를 설계하였음.
- 이동량 서비스 : 보행(걷기, 뛰기), 자세변환에 대한 활동량 정보 및 활동량에 기반한 칼로리 소모량 정보와 그래프 결과를 제공함.
- 실내 일상생활 히스토리 : 기기 설정 및 캘리브레이션 과정에서 입력한 사용자 실내 공간 정보를 토대로 실내에서 머문 유지시간 히팅맵 정보 및 시간대별 정보 서비스 제공함.
- 배설생활기록 서비스 : 대변 유지 시간, 하루 간 소변 회수 기반으로 한 정보의 패턴, 일별/월별/연별 배설 생활에 대한 패턴 및 히스토리 정보, 배설 패턴 기반의 생활 가이드 제공함.
2). 라이프 패턴 정보 및 균형기능상태 기반의 서비스 체계 설계
- 초기화면은 로그인 관련 메뉴와 정보 수집을 위한 디바이스 연결, 기기로 부터 데이터 동기화와 관련된 체계로 구성되어 있으며, 균형 서비스, 활동량 서비스에 대한 체계를 설계하였음.
- 균형 서비스 : 균형 기능 상태에 대한 정보와 맞춤형 균형 운동처방을 제공하는 서비스 정보 체계로 구성되어 있음. 보행, 뛰기, 자세변환 3가지 동작에서 균형 평가 정보 제공을 통해 사용자의 균형 기능 상태에 대하여 크게 4단계 (이상, 보통, 양호, 매우 좋음)으로 구분하고 그에 맞는 균형 운동 처방 서비스를 제공함.
- 활동량 서비스 : 보행(걷기, 뛰기), 자세변환(앉은 자세에서 서기, 선 자세에서 앉기)에 대한 활동량 정보, 활동량에 기반한 칼로리 소모량 정보 및 그래프 결과 제공을 통해 활동량 패턴 및 히스토리 정보화 서비스를 제공함.
3). 라이프 패턴 정보 서비스 Data 기반의 정보 체계 설계
- 기능상태 및 균형기능상태 라이프 패턴 서비스 제공을 위해 고령자의 일상생활을 공통요소동작(Walking, Sit to Stand, Stand to Sit, Turning) 으로 세분화 하고 변수들을 설정하였음.
- 고령자의 일상생활 정보를 수집하기 위한 하드웨어 모듈로는 관성 측정 장치(Inertial Measurement Unit)을 활용하며, 구성 변수는 해당 장치에서 도출되는 가속도 신호와 각속도(각도) 신호로 구성하였음.

2. 일상생활 행동인식 기술의 개발
가. 행동인식 정확도의 향상 (14p)
- 기능상태 및 균형기능상태 분석을 위하여 행동인식을 수행함. 행동 인식의 정확도 향상을 위해 동적 균형 분석 시 IMU 센서 부착위치에 대하여 검토하고 3D Motion Capture 와의 비교 실험을 통해 최적의 부착위치를 선별하였음.
- 참조 문헌 분석을 통해 동적 균형 분석 시 유리한 5개의 부착 위치(Sternum, Second lumbar vertebra(L2), Second sacral vertebra(S2), Wrist, Shank)를 위주로 검토하였으며, 3D Motion Capture 비교 실험을 통해 Second lumbar vertebra(L2) 에 부착할 때 데이터의 오차율이 가장 작은 경향 도출함.
나. 행동인식이 가능한 관성 기반의 센서 모듈 적용 (19p)
1). 가속도센서·각속도센서 등을 활용한 행동인식 측정모듈 적용
- 가속도센서와 각속도센서를 포함하는 IMU 센서를 개발하기 위하여, Direct Cosine Matrix 와 Kalman Filter, MIT, Madgwick, Mahony 등을 활용하여 실시간 센서 모듈을 개발하였음.
- 개발된 센서모듈을 3D 동작 분석장비와 비교하여 정확도를 검증함.
- 실생활에 적용이 가능하도록 20g 의 경량화 된 센서를 개발함.
2). 개발된 센서 모듈을 통해 행동인식 및 라이프패턴 정보 측정 및 분석
- 개발된 센서 모듈과 TUG 프로토콜을 활용하여 일상생활 행동인식을 위한 입계치 도출 실험을 수행하였음.
- 실험 결과 X,Y.Z 의 방향별 가속도, 각속도, 각도 값을 활용하여 Stand to Sit, Walking, Turning, Sit to Stand 의 일상생활 동작 임계치 도출을 완료함.
- 각도 및 가속도 임계치 값을 활용하여 행동 인식 및 라이프 패턴 측정을 위한 알고리즘을 도출하였음.

3. 일상생활지원 서비스를 위해 제공되는 정보 분석 알고리즘 개발. 서비스 디자인
가. 일상생활 행동 기반의 라이프 패턴 정보 분석 알고리즘 및 서비스 시안개발 (23p)
1). 일상생활에서 구분되는 행동들의 패턴 정보화를 위한 알고리즘
- 일상생활 행동의 분류 및 인식을 위한 패턴은 4가지의 Data set 종류임.
- 6차원의 IMU 센서 데이터를 일상생활 행동 기반의 라이프 패턴 정보 분석 알고리즘의 학습 과정을 통해 수행하였음.
- 학습이 완료 된 후 검증 과정을 거쳐 알고리즘의 성능평가를 수행하였으며, 전체 성능 평가 결과 평균 89.36%의 인식 성공률이 도출되었음.
· Sit-to-Stand 와 Walking 패턴의 경우 100%의 인식 성공률 도출
· Turning 패턴의 경우 95%의 인식 성공률 도출
· Stand-to-Sit 패턴의 경우 76%의 인식 성공률 도출
2). 고령자의 일상생활 기록 기반의 라이프 패턴 정보화 서비스 디자인(서비스 화면설계)
나. 고령자 신체기능평가 정보 분석 알고리즘 및 서비스 시안개발 (31p)
1). 고령자 균형기능평가를 위한 정보 분석 알고리즘 개발
- IMU 센서 기반 Cross-correlation을 활용한 고령자의 보행 대칭성 방법 조사 결과, 고령자/ 파킨슨병 환자/ 편마비 환자/ 근골격계 질환자에게서 불규칙 하고 비대칭 보행 발생 가능성이 높은 것을 확인함.
- 알고리즘 검토를 위해 고령자 대칭 지수 도출 및 검증을 위한 평가 실험 프로토콜을 구축하고 실험을 수행하였음.
- 고령자 보행 대칭 지수 도출 및 검증 평가 결과 3축 가속도 방향 별 합 가속도에 대한 평균 최대 Cross-correlation coefficent 및 보행 대칭 지수가 비대칭 보행 환경에서 감소 경향을 확인하였음. 이에 고령자 보행 균형기능평가를 위한 평가 방법으로 선정함.
2). 균형기능평가 정보 기반의 서비스 디자인(서비스 화면설계)

□ 연구개발 성과
○ 정성적 성과
- 행동인식을 위한 관성 기반의 실시간 센서 모듈 개발
- 일상생활에서 구분되는 행동들의 패턴 분석 알고리즘 개발

○ 정량적 성과
1) 기술료 15,000천원
- 고령자 라이프케어를 위한 동작판별 임계영역 분석 기술
2) SCI(E) 논문 1건 게재 확정
- Clinical Interventions in Aging 저널
- Kinematic on ankle and knee joint of post-stroke elderly patients by wearing newly elastic band type ankle foot orthosis in gait
3) 국외 논문 1건
- The Japanese Journal of Ergonomics
- Evaluation of Caregiver’ s Transfer Heights by Analyzing Muscle Activity on a Shower-Carrier System
4) 국내 학술대회 발표 3건, 국외 학술대회 발표 1건
- 고령자 라이프케어 서비스의 사용성평가를 위한 항목 도출, 대한인간공학회 추계학술대회, 국내
- 일상생활기록과 작업기록 기반의 생활/작업 지원서비스에 관한 연구, HCIK 2019, 국내
- 거동불편 노인을 위한 사용성평가 기반의 제품개발 사례, 대한기계학회 추계학술대회, 국내
- Evaluation of Caregiver’ s Transfer Heights by Analyzing Muscle Activity on a Shower-Carrier System, 국외
5) 특허 2건 출원
- TUG 시험의 동작 인식 방법, 10-2019-0136368
- 관성센서 어셈블리를 활용한 6MWT 평가 방법, 10-2019-0136373

○ 기술스펙 달성 성과

□ 기술적 우수성
1) 고령자의 건강한 일상생활을 지원하고, 신체기능상태 유지를 위하여 고령자의 일상생활을 측정 및 평가할 수 있는 기술 확보, 고령자(인간)을 일상생활에서 맞춤형 건강/복지/사회참여 관련 기술 개발에 활용 가능함.
2) 센서, AI, 인간공학, 디자인 등의 연구자원들에 대한 융합과 최적화를 통한 인간 중심 기술개발 및 사회 문제 해결형 R&D 역량 및 원천 기술의 확보 완료

□ 성과활용 계획
1) 기술적 효과
- 고령사회 대응 유망 제품의 검증/실증 원천기술 확보
· 고령자 스마트케어 제품 및 커넥티드 헬스케어 서비스 원천기술 확보
- 제품 및 서비스관련 정보공유 및 검증체계 확립
· 고령자의 재활·요양·사회참여 기반 정보기반 조성
· 제품, 서비스 검증/실증 및 사용성 개선 체계 확립
2) 경제적 효과
- 스마트 케어 지능화 플랫폼 등 관련 산업 육성 기여
· 전주기 기술개발을 통한 조속한 기술 확산으로 중견·중소기업의 관련 제품 및 서비스 매출·수출 향상 예상
3) 사회적 효과
- 지능정보화 시스템, 서비스 등을 통해 고령자의 건강한 일상생활 지원

(출처 : 기관주요사업 연구 요약서 4p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 기관주요사업 연구보고서 ... 3
• 기관주요사업 연구 요약서 ... 4
• 목차 ... 14
• 제 1 장 개 요 ... 15
• 제 1 절 연구개발 목표 ... 15
• 제 2 절 연구개발의 필요성 ... 16
• 제 3 절 당해연도 연구개발 범위 ... 18
• 제 2 장 연구수행 내용 및 결과 ... 19
• 제 1 절 연구개발 추진 체계 ... 19
• 제 2 절 당해연도 연구개발 결과 ... 21
• 제 3 절 당해연도 연구개발 결과 ... 52
• 제 3 장 연구성과 활용 시나리오 ... 54
• 제 1 절 연구성과 활용 시나리오 ... 54
• 제 4 장 3차년도 사업추진계획 ... 56
• 제 1 절 3차년도 사업추진 내용 ... 56
• 제 2 절 3차년도 사업추진 일정 ... 57
• 제 3 절 3차년도 세부 성능지표(Spec) ... 57
• 제 5 장 참고문헌 ... 59
• 끝페이지 ... 65