2024 캡스턴 디자인 프로젝트 기록용 블로그

Table of contents

  1. Overview

자세한 내용은 우측 깃허브 사이트의 주제 선정 보고서 를 참조 바람.

Overview

논문 <Effect of wearables on sleep in healthy individuals: a randomized crossover trial and validation study>에 따르면, 손목에 위치한 웨어러블 디바이스와 팔, 가슴, 엉덩이에 부착된 수면다원검사(PSG) 기기를 지닌 채로 장치의 유무에 따른 수면자의 수면 질을 1주간 비교하였다. 수면다원검사(PSG) 사진 (출처 : 문래코안이비인후과)

해당 실험에서 실험자들은 일일 총 수면 시간이 크게 달라지지 않았음과 동시에 오히려 수면의 질이 향상되었다고 응답했는데, 이를 통해 수면시 부착되는 웨어러블 디바이스의 착용이 수면을 방해하지 않음을 알 수 있다. 특히 위 사진처럼 수면다원검사 기기는 매우 거대하고 부착되는 디바이스가 많음에도 불구하고 실험자들의 수면 질이 저하되지 않았다고 응답했는데, 이를 기반으로 수면다원검사 기기보다 훨씬 간단하고 작으며, 여타 스마트워치 및 웨어러블 디바이스와 유사한 크기, 무게를 지니는 우리 디바이스를 착용하더라도 수면이 방해받지 않을 것으로 판단된다.

  • Apple Watch 9 : 41mm 사이즈 - 42g / 45mm 사이즈 - 51g
    (출처 : https://www.apple.com/kr/shop/buy-watch/apple-watch)
  • Galaxy Watch 6 classic : 43mm 사이즈 - 52g / 47mm 사이즈 - 59g
    (출처 : https://www.samsung.com/sec/watches/package-link-bracelet-strap-sm-r960/SM-R960NZSACLB/)

물론 아무 디바이스 착용없이 수면하는 것이 가장 편하겠지만, 해당 디바이스의 도입 목적인 척추건강과 역류성 식도염 환자를 위한 수면자세 개선을 위해선 우리 디바이스의 도움이 절실하다. 역류성 식도염과 척추 질환으로 통증을 느끼는 사람들이 착용할 경우 통증 완화 및 자세 개선의 효과를 기대할 수 있고, 동일 질환을 예방하려는 일반인들도 사용가능하기 때문에 착용하는 약간의 귀찮음만 감수한다면 충분히 수용할만한 문제이다. (이미 디스크 환자 및 역류성 식도염 지인들로부터 착용하려는 의사를 확인받았다.)

뿐만 아니라, 우리 디바이스 중 손목 착용 디바이스의 경우, 현재 스마트워치류 헬스케어 디바이스에서 실제 운용되고 있을 정도로 저명하며 착용과 측정이 간편한 PPG센서 기반 수면단계 판별을 이용하고 있는데, 이는 수면단계를 이용한 제품의 작동 타이밍을 결정하는 용도로만 사용될 뿐, 우리 디바이스의 핵심 기술은 사용자의 수면단계, 수면자세를 기반으로 적절한 진동 자극을 가해 사용자의 수면자세를 바꾸는 것이다. 이를 위해 별도로 가속도센서를 통해 수면자세를 판별하는 머신러닝 모델과 추가 데이터셋 확보, 사용자별 진동 세기 자동 조절을 위한 심박수 모니터링 및 이상치탐지 모델이 존재한다. 따라서 최종 핵심기능인 적정 진동자극을 통한 수면자세 교정을 위해, 수면단계 판별을 목적으로 스마트워치의 기능 중 일부인 PPG 센서를 차용한 것일 뿐이며 해당 사항을 기반으로 스마트워치 및 헬스 케어 제품들과의 차별성을 논하기엔 제품의 목적과 핵심기능이 철저히 다르다. 다만 추후 애플워치, 갤럭시워치 등의 스마트워치 제품에서 수면단계 판별을 외부와 연동할 수 있게 된다면, 스마트워치 보유자는 스마트워치와 흉골 디바이스를 연동하여 사용하고, 스마트워치가 없는 사람은 우리 제품의 손목 착용 디바이스를 착용하는 유연성 확보가 가능하다.

그림 1. 디바이스 외관

본 제안서에서 제안하는 제품은 수면 자세 교정을 위한 디바이스이며, 총 2개의 디바이스로 구성되어 있어 하나는 스마트워치처럼 스트랩을 이용하여 손목에 부착하는 형태, 나머지 하나는 사용자의 흉골에 겔패치로 부착되어 작동하는 디바이스로 이루어져 있다. 각 디바이스의 사이즈와 대략적인 무게는 아래와 같다.

  • 손목 착용 디바이스 가로 2.5cm X 세로 5.3cm X 높이 1.2cm, 44g(gram)

  • 흉골 착용 디바이스 가로 2.5cm X 세로 5.3cm X 높이 1.7cm, 44g(gram)

그림 2. 각 디바이스의 부착 부위 및 부착 시 크기

해당 사진은 신장 180cm의 남성이 착용했을 경우의 디바이스 실 착용 상태이다. 손목은 시계처럼 스트랩으로 착용하며, 흉골은 저주파 마사지기로 유명한 클럭사의 마사지기와 동일한 원리로 겔패치를 이용하여 착용한다. 약 40~50g의 가벼운 무게를 가진 작은 사이즈로 구성하기 위해 라즈베리파이의 최소버전인 라즈베리파이 피코를 사용하였으며, 이외의 모듈 및 배터리를 적정범위 내에서 최소화된 제품들로 선정하였다. 디바이스의 외관 및 사이즈 외에도 구체적인 모듈 구성 및 배치는 아래 그림에 설명되었으며, 자세한 디바이스 회로 구성 및 작동 방식은 이후 글에서 설명하겠다.