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Wearable Trends


Wearable Trends


Wearable Trends


Wearable Trends Neurowear - 뇌파 관련 도구를 연구하는 일본 회사

1. 뉴로캠(Neurocam)

- 사람이 가장 기억하고 싶은 순간 자동 저장 - 뇌파의 정도에 따라 등급을 1~100점으로 점수 를 매겨 60점 이상의 관심을 보일 경우 스마트폰 앱이 작동해 사물을 기록 - http://www.youtube.com/watch?v=CDgkXJY_wM

2. Shippo -

뇌파의 정도에 따른 기분에 따라 꼬리를 흔듦 http://www.youtube.com/watch?v=qvHcB q7UaY0&feature=youtu.be


Device

관련 기술

MYO

모션센서, EMG

뉴로웨어

BCI, EEG

전자수트

EMG, 전자섬유

전자문신

전자피부

구글 글래스

EOG

스마트 와치

모션센서, 디스플레이…


*Wearable, 핵심은?

착용

인식(생체정보) 통신

전자피부 전자섬유 디스플레이

제스처 – EMG, 가속도계 BCI& EEG EOG NFC/Barcode/RFID/Bluetooth/Wifi/LTE/5G


*Wearable, 핵심은?

착용

인식(생체정보) 통신

전자피부 전자섬유 디스플레이

제스처 – EMG, 가속도계 BCI& EEG EOG NFC/Barcode/RFID/Bluetooth/Wifi/LTE/5G


전자 피부 “유연한 전자 장치들이 발전함에 따라서, 피부에 직접 장치들을 프린트할 수 있는 방법이 개발되고 있다. 전자 피부는 피부 표면에 부착되어 건강을 체크하는 등 의료 목적 외에 다양한 분야에서 연구되고 있다”

Epidermal Electronics http://www.youtube.com/watch?v=Dyk9Xnj4_5U


전자피부 (epidermal electronics)

우표 크기에 머리카락 보다 얇고, 물만 묻히면 아무 피부에나 붙일 수 있다. (판박이st) 근육의 움직임, 심작 박동, 뇌파의 변화 등을 측정하여 무선 전송 매우 얇은 전극, 전자장치, 센서, 무선전력 및 통신시스템으로 구성 전기 생리학적 측정치를 기록하고 전송 직접 피부 표면 위에 매우 얇은 전자장치를 전달하기 위해 고무도장을 사용 얇은 보호층을 추가하여 내구성을 높이고, 분무식의 붕대로 밀착 온도, 압력 및 피부의 보습 상태 등을 측정


전자피부 (epidermal electronics) 일본의 소메야 세키타니 그룹에서 개발한 전자 피부 타이트하게 말거나 굽혀도 회로가 작동

피부가 수축, 인장 시 발생하는 힘을 아래 위의 인조 고무로 된 고분자물질 층이 흡수 매우 얇아 피부에 밀착되어 생체 신호를 정확하게 측정 but 전송 거리가 겨우 몇 cm에 불과

-> 필요 기술 : 1) 생체 데이터 저장 기술 2) 원거리 전송 기술 개선


전자 피부에 들어가는 기술 전자회로

고분자 물질

신호를 측정하고 데이터를 전송할 수 있는 회로

- 회로 보호 (피부가 수축하거나 늘어나면서 발 생하는 힘을 아래위에 있는 고분자 물질이 흡수) -신체 부착 (피부와 잘 붙을 수 있도록 접착)

전자 피부 회로 예시 -

심장박동 체크 체온 체크 피부에 발생하는 압력 체크 근육의 움직임 체크 뇌파를 측정할 수 있는 센서 LED


전자피부에 들어가는 전자회로의 조건  전기회로의 신축성 But. 신축성과 전도성의 상충 문제

- 잡아당기면 전도성이 불안정해지거나 미세한 패턴이 어려워 실제 전자피부 제조에 필요한 전자회로를 만들기 어려움


신축성 해결 방안 사례 (연세대 신소재 공학과 정운룡 교수팀과 삼성 종합 기술원이 공동수행한 연구)

구부리거나 잡아당겨도 전기적 특성에 변화가 없는 신축성 있는 전극을 개발

- 전기방사법으로 고무 고분자 용액을 머리카락의 100분의 1 굵기에 해당하는 실로 뽑아낸 다음, 매우 얇은 천으로 만들어 신축성을 확보 - 이후 은 전구체가 담긴 에탄올 용액에 천을 담가 고무 나노 섬유 안에 스며들게 하여 각각의 섬유 내에 은 나노 입자가 서로 연결된 상태로 들어가게 만들었다.


Wearable Devices는 Devices의 기능을 수행하는 동시에 ‘유연함’ ’가벼움’ ’쾌적성’ 등이 필수적으로 요구된다. 신체에 밀착시킬 수 있는 전자피부는 이러한 Wearable의 요소를 충족시킨다. - 수술 부위에 전자 피부를 부착한 후 퇴원 환자의 상태를 실시간 피드백 - 목에 붙인 전자 피부를 통해 단어를 발음할 때의 근육 움직임을 읽어 장애인의 거동을 돕는 치료용 - 게임 산업에 응용


전자 섬유 “Wearable이 갖춰야할 가벼움, 유연함, 쾌적성을 충족시키기 위해 기존의 의류 섬유를 이용하도록 한다. 전자섬유는 웨어러블 컴퓨터와는 다르게 마이 크로 컨트롤러, 센서, 액츄에이터와 같은 전자기기 요소들의 “완전한 통합” 에 주안점을 두고 있다.”


전자섬유

큰 부피와 전자 장치를 직접 부착

섬유와 전자재료를 통합 전자섬유 회로설계 IT기기 간의 연결, 접합, 패키징

센서 기술과 높은 전도성이 요구됨 섬유의 전도성은 매우 낮음 ->금속을 실처럼 직조하여 방직하는 방법: 무거움 ->고분자를 여러 겹으로 짜기 ->섬유에 프린팅

높은 전도성의 실 형태


전자섬유 유기체 트랜지스터(Thin Film Transistor)를 원사에 페인트하는 기술 섬유 제조 과정 중 동시에 병행할 수 있는 장점

코오롱에서 개발한 발열성 전자 섬유 `히텍스'(HeaTex) 인쇄 전자섬유 기술을 통해, 섬유에 디지털센서와 전자제 어칩을 내장하여 맥박 체크 및 체온에 따라 35∼50도까지 온도 조절 가능

but 세탁 및 마찰에 트랜지스터가 마모되지 않도록 문제 해결 필요


전자섬유는 액세서리형 디바이스 및 기기의 부착에서 나아가 일반 의류에서 제공하는 인체쾌적성을 유지하며 고기능을 수행할 수 있도록 하는 기본 핵심 기술로 각광받고 있다. 카멜레온 전자섬유 등 환경에 따라 색상을 자동적으로 변경할 필요가 있는 제품, 환경에 따라 체온을 유지 해주는 온도 조절용, 유해 환경 감지, 생리적 정보 모니터링 등 인체에 가장 밀접하게 붙어 외부 환경과 상 호작용을 가능하게 할 것이다.


Flexible Display -

플라스틱이나 금속 포일 등 휠 수 있는 기판에 만들어진 평판 디스플레이 - 표시성은 그대로 유지하면서도 자유로운 변형이 가능

관련 핵심 기술

1. 표시 방식에 따른 기술 2. 기판 기술


Flexible Display 1. 표시 방식에 관한 기술 LCD 모니터 기술 : 구부렸을 때 액정의 흐름현상을 막을 수 있는 기술이 핵심

PDLC : 작은 액정방울들이 고분자에 분산된 필름형태 PSCT : 콜레스테릭 액정을 이용한 고분자 안정화 액정 TFT-LCD : 박막 트랜지스터 기술 이용한 LCD


Flexible Display 1. 표시 방식에 관한 기술 OLED 기술 : 자발광형(organic light-emitting diode) 표시소자를 이용한 디스플레이

장점 : 전력소모 적음, 응답속도 빠름, 제조비용이 저렴하고 사용환경이 넓다. 단점 : 유기 소재를 사용하므로 산소/수분 노출 시 수명이 급격히 감소


Flexible Display


Flexible Display 2. 기판 기술 OTFT 기술 : 유기물 트랜지스터 기술 휘어지기 쉬운 소재에 박막 트랜지스 터를 만들 때 무기물 소재보다는 유기물을 이용한 TFT를 만드는 것이 기판을 구부리기 쉽기 때문

현재로서는 이 부분만을 유기물질로 대체하고 있으나, 미래에는 모든 부분에 유기물질이 사용될 것으로 보고 있다


*Wearable, 핵심은?

착용

인식(생체정보) 통신

전자피부 전자섬유 디스플레이

제스처 – EMG, 가속도계 BCI& EEG EOG NFC/Barcode/RFID/Bluetooth/Wifi/LTE/5G


Motion sensor - 움직임을 측정하기 위한 도구 -가속도센서, 자이로스코프, 지자기센서, 압력센서

EMG(Electromyography) 동작 움직임시 눈에 보이지 않는 근육의 움직임을 보여주는 것


MOTION SENSOR 가속도 센서(G-센서)

자이로스코프 (자이로센서)

•선형 가속도와 기울임 각도를 측정한다.

•회전 움직임의 각 변화량을 측정한다.

•크기 + 선형, 회전, 중력의 가속도 방향들

•자이로센서는 움직이는 물체의 기본축에

•모바일 장비에서 화면을 세로 방향에서 가로 방향으로 돌리는 것과 같은 간단한

대한 회전과 방향을 복잡한 움직임에도 정 확하고 정밀하게 측정할 수 있다.

혹은 중력과 관련 있는 장비의 방향을 측

•자이로센서는 소비자 가전 제품에서 동작

정하는 용도로 주로 사용된다.

을 감지하는 메인 센서로 사용되고 있다.


MOTION SENSOR 지자기 센서 (전자 나침반)

압력 센서 (기압계)

• 지자계를 이용하여 절대적인 방향을 측정

압력센서는 기압의 변화에 따른 상대적이

• 네비게이션이 내장한 지도에서 정확한 방 향을 알려주기 위해 사용 • 하지만 지자계의 세기가 작기 때문에 주 위의 다른 자기 성분(지구 자기장)에 쉽게

영향을 받게 된다. •잦은 보정(8자) 필요

고 절대적인 고도를 측정하는 역할을 한다. 소비자 가전에서 압력센서는 층의 높이나 고도의 변화 등을 측정하는데 사용된다.


EMG(Electromyography) 근전도(Electromyography, EMG)는 동작 움직임시 눈에 보이지 않는 근육의 움직임을 보여주는 것으로서 근전도 장비는 동작 움직임시 근육에서 발생되는 전기신호를 측정 하는 것이다. •운동명령은 원심성신경을 통해 전달 •전달된 명령은 운동단위의 근섬유에 서 아세틸콜린(신경전달물질) 방출 •아세틸콜린은 근섬유에서 분극상태 에서 탈분극 으로의 변화를 발생 •이 때 측정된 전기적 신호가 인접한 근섬유에도 활동전위를 일으키게 되 어 활동전위열(MUAPT)을 만들게 된 다. •활동전위열들이 합쳐진 결과 값이 근 전도 신호이다.


Wearable Device와 MOTION SENSOR 1.

wearable device는 사용자의 운동을 인식해 다른 기기를 작 동시키는 경우가 많으므로 사용자의 운동상태 정보를 정확하 게 얻는것이 중요 2. wearable device에서 EMG를 얻을 때 고려해야 하는 점 • 정확한 모션을 얻기 위해서는 EMG를 읽을 수 있는 근전도센 서를 어느 부분에 부착하는지가 중요해 진다. • EMG를 정확히 얻을 수 있는 부분에 근전도 센서가 위치하도 록 제품을 디자인 해야 한다.


BCI(Brain-Computer Interaction) 인간의 두뇌와 컴퓨터를 직접 연결해 뇌파를 통해 컴퓨터를 제어하는 인터페이스 기술

EEG(Electroencephalography) 두피에 전극을 붙여 뇌의 전기적 활동을 기록/측정하는 검사 뇌파와 동의어로 사용되기도 함


‘예’일 경우에는 왼쪽 귀 에, ‘아니오’일 경우에는 오른쪽 귀에 의식을 집중해 긍정/부정 의사를 구별


BCI 기술의 구현 과정 1. Signal Acquistion -

신호를 어떻게 측정할 것 이냐 몇 개의 전극?

2. Feature Extraction -

신호 디지털화 중요한 정보와 아닌 것 구 분하기

3. Translation Algorithm -

뇌파의 특징에 따라 분류 알고리즘 체계에 따라 뇌 파를 나누는 기준이 달라 짐


상용화된 제품들

http://www.youtube.com/watch?v=CV411v t_51w

*측정대상 1) 표정 2) 감정 3) 의도


상용화된 제품들

-

뉴로스카이(NeuroSky)

1) Brain Visualizer - 뇌파를 시각화/정신 상태 수치화 2) 뇌파를 이용한 게임 – 집중력이 부족한 아이들 또는 정서 장애의 아이들에 게 집중과 특정 뇌파를 발생시키는 훈련을 시킬 수 있음 - 사이버키네틱스(Cyberkinetics) – Braingate 전신마비 환자가 머리의 센서칩을 통하여 TV나 컴퓨터 조작 가능


기타 응용 연구 1. 슈퍼군인 만들기 - 병사의 뇌 속에 칩을 심어 두려움을 없애거나 시청각 강화

2. Silent Talk - “말하지 않아도 알아요”- 뇌파만으로 생각 전달

3. 우울증 치료 - 건강한 사람의 뇌 신호를 환자의 뇌에 전달해 만성통증이나 우울증 등 뇌 질환을 치료하는 것을 목표로 연구

4. 원거리 조작 - 뇌파조작 전동휠체어 - 서울에 있는 사람이 생각만으로 대전에 있는 로봇 움직이기


응용 게임

1. 집중력을 활용한 <Mind Hunter>

2. 분노 조절 능력을 이용한 <Tug of Mind >


뇌파 EEG(Electroencephalography) 뇌파는 뇌의 수많은 신경에서 발생한 전기적인 신호가 합성되어 나타나 는 미세한 뇌 표면의 신호를 측정함으로써 얻어짐

뇌파의 특성 - 뇌파신호: 뇌의 활동, 측정시의 상태 및 뇌기능에 따라 시공간적으로 변화 - 이에 따른 뇌파 신호의 특성 1) 주파수에 따른 대역별 특성 2) 시간영역에서의 특성 3) 뇌 기능과 관련된 공간적 특성


뇌파의 종류 - 우리가 흔히 알고 있는 알파파, 세타파와 같은 뇌파는 주파수에 따라 분류된 것 <응용 Ex> 1) 알파파의 증감을 이용한 스위치 켜고 키기 2) 중-베타파와 세타파는 집중력/각성 정도 판단의 도구  집중력이 낮은 아이들 치료에 응용  졸고 있는 운전수 깨우기


EEG 활용 예술 프로젝트 – 유노이아(Eunoia, 아름다운 생각 ) - 스피커 위에 물이 담긴 접시 5개를 올려두고 그 가운데에 앉은 한 여성이 깊은 명상  접시 위의 물이 물결치기 시작 - 한국인 행위예술가 리사 박의 작품 - 행복, 분노, 슬픔, 미움, 욕망이라는 5개의 각기 다른 감정을 조율한 결과 탄생


뇌파 기반 BCI 기술이 범용성을 갖기 위한 조건 첫째, 사용자 편이성. - 뇌파를 정확하게 측정하려면 많은 전극이 필요하지만 전극이 많아질수 록 머리도 아프고 꼴도 우스워짐 둘째, 뇌파 처리의 신속성.

- 엄청난 양의 뇌파를 처리하는 방법은?

셋째, 정확성.

- 다만 신기하다는 이유만으로 자꾸 틀리는 뇌파 측정 장치를 사용하던 시대 는 지났다!


Wearable과 BCI 1. 침습형 방식은 ‘뇌에 뭔가를 심는다’는 사람들의 거부감을 줄일 방법, 비침습형은 지나치게 미래적인 디자인을 개선할 방법에 대한 연구가 필요 2. 뇌파 측정/분류와 같은 기술적 부분과 함께 뇌파의 효과적 활용 방안에 대한 심리 학적/인문학적 연구가 반드시 병행되어야 함 3. 전신 마비 장애인들에게 새 세상 집중력 높은 아이가 물리적으로도 강자가 되는 시대?


+) 영화와 소설이 현실이 되다  엑스맨 – 남의 생각 조정하기  베르나르 베르베르 <뇌> - 뇌 속 칩을 통한 쾌락 자극  매트릭스 – 헬리콥터 조정방법 뇌로 다운받기


EOG(Electrooculogram) 내, 외안각부에 전극을 붙이면 안구운동에 수반하는 전장(電場) 변화를 일으키는데, 이를 유도증폭하여 기록한 것.


EOG(Electrooculogram)

장점 : 다른 생체 신호에 비해 상대적으로 진폭이 커 파형 감지 용이 단점 : 출력이 근육과 눈꺼풀 움직임에 크게 영향을 받아 정밀도가 낮음


EOG(Electrooculogram) 아직 상업적으로 이용할 수 있을 만한 기술이 나오지는 않았으나, 가장 쉽고 직관적인 차세대 인터페이스 중 하나로 평가되고 있다.

국외 : 안전도를 이용한 전동 휠체어/ TV 원격 제어 리모콘 국내 : 실제적인 제품 보다는 안전도 기반 기술 측면에서 연구


*Wearable, 핵심은?

착용

인식(생체정보) 통신

전자피부 전자섬유 디스플레이

제스처 – EMG, 가속도계 BCI& EEG EOG NFC/Barcode/RFID/Bluetooth/Wifi/LTE/5G


RFID(Radio-Frequency Identification) 전파를 이용해 먼 거리에서 정보를 인식하는 기술을 말한다.

태그= 안테나+ 집적 회로 집적 회로 안에 정보를 기록하고 안테나를 통해 판독기에게 정보를 송신한다. 이 정보는 태그가 부착된 대상을 식별하는 데 이용된다.


NFC(Near Field Communication) 기존 RFID에서 확장된 개념 NFC는 태그가 내장된 단말기를 능동형(active) 모드로도 작 동할 수 있어 태그 + 태그를 읽는 리더(reader) + 태그를 입력하는 라이터 (writer) P2P도 가능(NFC 호환기종간 4cm 이내 인접시)합니다.


BLUETOOTH 휴대폰, 컴퓨터, PDA는 물론 광범위한 기타 디바이스들이 쉽 게 연결될 수 있도록 만드는 근거리 무선 기술 작은 크기에 저렴한 가격, 적은 전력 소모 휴대폰 헤드셋, 휴대폰, PDA, 컴퓨 터, 키보드, 마우스, 프린터, 오디오, 헤드폰, 디지털 카메라, 디지털 액자 등 개인용 IT 기기들의 연결 환자의 건강상태를 모니터링하거나 선이 없는 병원을 위한 무선 의료기 기, 피트니스 기구 오락용 로봇이나 닌텐도 Wii, PS3 게임기 컨트롤러 태권도 경기의 보호 및 채점 장비


Wearable Device와 통신기술 1.

wearable device는 개별 기기들이 모두 무선통신으로 연결 되어 작동하기 때문에 어떤 통신 기술을 사용하는 것이 적 절한지 생각해봐야 한다. 2. wearable device에서 통신기술을 선정할 때 고려해야 하는 점 • 오랜 시간 착용하고 있음으로 전력소비 • 통신이 끊기면 서로의 정보를 잃어버릴 수 있으므로 안정성 •상황에 따라 대용량의 정보가 전송될 수 있으므로 전송 속도


2주차 통합본 fin