초록 ▼

□ 연구개발 목표 및 내용
◎ 최종 목표
* 이동 환경에서 뇌-컴퓨터 인터페이스를 위한, 패턴인식 분야 세계적 원천 기술 확보
이동 환경에서 사용자에게 최적화된 뇌 신호 특징 추출이 가능한 진폭-변조 기반의 뇌 신호 분리 기술을 개발하고, 임의의 사용자에게 안정된 성능 보장이 가능한 베이지안 프레임워크 기반 사용자 독립적인 뇌 신호 패턴인식 기술을 개발함
* 공개SW R&D를 통하여, SW 결과물의 축적과 글로벌 커뮤니티 수준의 공개SW 확보
개발 기술의 공개SW화를 통해 원천 기술력 보호 및 산업화에 활

□ 연구개발 목표 및 내용
◎ 최종 목표
* 이동 환경에서 뇌-컴퓨터 인터페이스를 위한, 패턴인식 분야 세계적 원천 기술 확보
이동 환경에서 사용자에게 최적화된 뇌 신호 특징 추출이 가능한 진폭-변조 기반의 뇌 신호 분리 기술을 개발하고, 임의의 사용자에게 안정된 성능 보장이 가능한 베이지안 프레임워크 기반 사용자 독립적인 뇌 신호 패턴인식 기술을 개발함
* 공개SW R&D를 통하여, SW 결과물의 축적과 글로벌 커뮤니티 수준의 공개SW 확보
개발 기술의 공개SW화를 통해 원천 기술력 보호 및 산업화에 활용하고, 주요 해외 선도 연구 기관과의 기술 교류 및 협력을 통한 개발자 생태계 구성 및 활성화

◎ 전체 내용
* 이동 환경에 강인한 사용자 독립적 뇌-컴퓨터 인터페이스를 위한 지능형 뇌 신호 패턴인식 공개SW 개발
-측정 장비 연동 및 뇌 신호 측정을 위한 패러다임 개발하고 뇌 신호 분석을 위한 전처리 기술 및 패턴 분류기를 이용한 의도 인식 기술 개발함
-베이지안 프레임워크 기반 사용자 종속적 공간-주파수 필터 최적화 기술을 개발하고 대용량 뇌 신호 DB 구축 및 성능 평가용 시뮬레이터를 구축함
-세션 간 분류기 성능 안정화를 위해 세션 변화에 강인한 뇌 신호 특징 추출 및 분류기 학습 기술을 개발하고 분류기 파라미터를 효율적으로 갱신하여 세션과 세션간의 분류기 성능을 향상 및 안정화함
-대용량 DB를 이용한 베이지안 프레임워크 기반 일반화된 공간-주파수 특징 확률 분포 추정 기술을 개발하고 필터뱅크 기반 사용자 독립적 분류기 기술을 개발함
-이동 환경에서 움직임, 외부 자극 등에 의해 변형된 신호에서 의도 관련 뇌 신호를 추출할 수 있는 신호 분리 기술을 개발하고 이동 환경 뇌신호 DB를 구축함
-BCI 시스템의 실용화를 위한 멀티모달 EEG 측정 장비 기반의 고성능 사용자 의도 인식 기술을 개발하고 BCI 실용화를 위한 최적 채널 선택 알고리즘을 개발함
-이전 패턴 분류기의 출력 결과를 활용하는 문맥 정보 기반 분류 기술을 개발하고 뇌 신호의 이상치를 검출하여 제거하는 최적 분류기 학습 기술을 개발함
-사용자 독립적 의도 인식 기술과 뇌 신호 분리 기술이 포함된 OpenBMI를 최종 공개하고 개발된 OpenBMI SW 성능 최종 평가함

◎ 1단계
● 목표
사용자 독립적 뇌 신호 패턴인식 소프트웨어 기술 개발

● 내용
측정 장비 연동 및 전처리를 포함한 기본 뇌 신호 패턴인식 패키지 개발
베이지안 프레임워크를 이용한 사용자 종속적 공간-주파수 필터 최적화 기술 개발
점진적 학습 기반 분류기 파라미터 최적화를 통해 동일 사용자의 세션 간 성능 안정화 기술 개발
공간-주파수 확률 분포 추정 기반 사용자 독립적 뇌 신호 분류 기술 개발

◎ 2단계
● 목표
이동 환경에 강인한 뇌 신호 패턴인식 소프트웨어 기술 개발

● 내용
진폭-변조를 이용한 이동 환경에서 최적 뇌 신호 분리 기술 개발
멀티모달 기반 뇌 신호 특징 추출 및 BCI 실용화를 위한 최적 채널 선택 알고리즘 개발

◎ 3단계
● 목표
이동 환경에 강인한 사용자 독립적 뇌 신호 패턴인식 소프트웨어 기술 개발

● 내용
시간 및 환경 변화에 강인한 문맥 정보 기반 분류 기술 개발
이동 환경에서 사용 가능한 사용자 독립적 OpenBMI 공개SW 최종 개발

□ 연구개발성과
■ 국제 학술논문 게재
- SCI 기준 상위 6.2% 저널인 Science Advances, 상위 2.3% 저널인 IEEE Transactions on Neural Networks and Learning Systems, 상위 14.6% 저널인 Scientific Data 등 총 23건의 국외 SCIE급 논문 게재
■ 학술대회 발표
- 우수 학술대회인 IEEE International Conference on Systems, Man, and Cybernetics 5건을 포함하여 총 36건의 국제학술대회 논문 및 31건의 국내학술대회 논문 발표
■ 특허 등록 및 출원
- 해외 특허는 5건의 등록, 7건의 출원, 국내 특허는 12건의 등록, 25건의 출원으로 총 49건의 특허 보유

□ 홍보성과
■ 장애를 가진 환자들을 위한 올림픽 Cybathon 본선 진출 언론 보도
- 2016년 국제 컴피티션에 참가해, 본선 진출을 하며 고려대 BCI 기술력을 홍보함

■ 나뭇잎 모방 바이오센서 관련 내용 8건의 국내 언론 보도
- Science Advances에 발표된 “Leaf-inspired homeostatic cellulose biosensors”기술로 나뭇잎 표피 구조를 모사한 항상성 바이오센서를 세계 최초로 개발
- 스마트 경제, 베리타스 알파, 한국강사신문에 해당 기술을 소개하고 앞으로 나아가야 할 방향성에 대해 언급

□ 공개SW성과
■ 공개SW 저장소 개발 및 배포
- 홈페이지: www.openbmi.org
- Github 페이지: https://github.com/PatternRecognition/OpenBMI
- 3D-CNN 기반의 동작상상 시간-주파수-공간 특징 추출 및 분류기술, 결과 시각화 기술, 이동환경 잡음제거 기술 및 견고한 분류 기술 등 SW 공개
■ GitHub을 통한 공개 SW 활성화
- 포크 수 107
- Star 수 167
- 커밋 수 1349
- 컨트리뷰터 26명
- 라이센스 43개
■ 국제 BCI 학술회의 개최를 통한 글로벌 커뮤니티 구축
- IEEE가 후원하고 본 연구실에서 주관하는 국제 BCI 학회를 매년 개최하였으며, 이를 통해 세계 유수의 석학들을 초빙하여 기술 교류 및 인적 네트워크를 구축

□ 인력양성 성과

□ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과
* OpenBMI: 지능형 뇌 신호 패턴인식 소프트웨어
공개SW: 자체사업화를 통해 상용 목적으로 사용 시 라이센스 판매
예상 수요처: 게임 및 엔터테인먼트 회사 / 웨어러블 인터페이스 관련 회사 / 신경재활 관련 의료 및 연구기관
활용 내용: 패키지화된 SW를 제공함으로써 BCI 관련 응용 기술 개발의 생산성 증대에 활용

* 사용자 독립적 뇌 신호 특징 분석 기술
기술 특허: 지적재산권을 기반으로 한 기술이전
예상 수요처: 게임 및 엔터테인먼트 회사 / 웨어러블 인터페이스 관련 회사
활용 내용: 웨어러블 기기 관련 차세대 스마트 인터페이스 개발에 활용

* 이동 환경에서의 의도 인식을 위한 뇌 신호 분리 기술
기술 특허: 지적재산권을 기반으로 한 기술이전
예상 수요처: 웨어러블 인터페이스 관련 전자제품 회사 / 신경재활 관련 의료 및 연구기관
활용 내용: 이동 환경 기반의 실생활 환경에서 사용 가능한 BCI 기술 실현에 활용

* BCI 분야 핵심 원천 기술 보유 및 신산업군 창출
실용적인 BCI 기술과 관련된 핵심 원천 기술 확보 가능
게임 및 엔터테인먼트, 신경재활, 웨어러블 인터페이스 등 관련 산업으로의 기술이전을 통한 새로운 제품 및 서비스 창출 기대

* SW 분야 패턴인식 전문 인력 양성에 기여
국내 및 세계적으로 부족한 뇌 신호 패턴인식 전문 인력 양성 기여

(출처 : 요약문 4p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 최종보고서 ... 2
• 요 약 문 ... 4
• 목차 ... 8
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 9
• 1-1. 연구개발과제의 필요성 ... 9
• 1-2. 연차별 연구개발과제의 연구 내용 ... 12
• 1-3. 결과물의 성능지표 ... 21
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 24
• (1) 뇌 신호 측정을 위한 환경 구축 및 평가 기준 확립 ... 27
• (2) 대용량 DB 구축 ... 43
• (3) 뇌 신호 전처리 및 사용자 의도 분류 기술 개발 ... 60
• (4) 공개 SW 개발 및 배포 ... 103
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 정도 ... 107
• 3-1. 연구수행 결과 ... 107
• 3-2. 목표 달성 수준 ... 173
• 4. 목표 미달 또는 미흡한 사항에 대한 원인분석 ... 177
• 1) 목표 미달 또는 미흡한 연구결과에 대한 원인(사유) 자체분석 내용 ... 177
• 2) 미달 또는 미흡한 결과물에 대한 보완 활동 ... 177
• 3) 연구개발 과정의 성실성 ... 177
• 5. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도 ... 177
• 6. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 178
• 1) 향후 5년간 성과활용·확산 활용방안 및 계획(활동계획) ... 179
• 2) 주요 성과활용 (기대)성과목표 ... 186
• 3) 성과활용·관리 추진체계 ... 191
• 7. 연구개발성과에 대한 후속연구 및 추가 개발 계획 ... 192
• 8. 연구개발비 사용실적 ... 193
• 1) 연구개발비 사용명세서 ... 193
• 2) 발생이자 사용명세서 ... 193
• 3) 반납액 명세서 ... 193
• 끝페이지 ... 195