KR101391617B1 - 무구속적 행위 인식 및 신체 활동 증진 시스템 및 이를 위한 스마트 매트 - Google Patents

무구속적 행위 인식 및 신체 활동 증진 시스템 및 이를 위한 스마트 매트 Download PDF

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Abstract

무구속적으로 관리 대상자의 행위를 인식하고 분석하여 관리 대상자의 안전을 관리하며, 신체 활동을 유도하여 관리 대상자의 건강을 증진하기 위한 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 의한 무구속적 행위 인식 및 신체 활동 증진 시스템은, 관리 대상자의 동작을 측정하여 센서 신호를 발생시키는 센서부를 포함하는 매트 형상을 가지는 스마트 매트, 무선 또는 유선으로 수신된 센서 신호를 설정된 시각에 PSTN 또는 유무선 통신 네트워크를 통해 행위 인식부로 송신하는 게이트웨이, 센서 신호를 해당 센서의 위치 정보를 고려하여 분석함으로써, 관리 대상자의 행위의 유형 및 빈도수를 행위 정보로서 인식하기 위한 행위 인식부, 및 행위 인식부로부터 수신된 행위 정보를 네트워크를 통하여 관계자에게 송신하고, 행위 정보에 기반하여 관리 대상자의 건강 증진을 위해 신체 활동을 유도하기 위한 건강 중재 명령을 생성하여 게이트웨이로 송신하는 대상자 관리 서버를 포함한다. 특히, 게이트웨이는 건강 중재 명령을 수신하고 수신된 건강 중재 명령에 따라 관리 대상자에게 신체 활동을 수행하도록 유도하는 청각 또는 시각 신호를 발생시킨다. 본 발명에 의하여 저렴한 비용으로 심리적 부담감 없이 관리 대상자의 신체 활동을 모니터링함은 물론, 필요한 경우 신체 활동을 능동적으로 수행하도록 적극적으로 유발하여 건강을 증진할 수 있다.

Description

무구속적 행위 인식 및 신체 활동 증진 시스템 및 이를 위한 스마트 매트{System of unobtrusively recognizing actions and promoting physical activities and smart mat for the same}
본 발명은 독거 노인과 같이 혼자 사는 사람들의 행위 활동을 모니터링하면서 한편으로는 건강관리를 위해 신체 활동을 증진시키는 시스템에 관한 것으로서, 특히, 고비용의 센서를 설치할 필요가 없고, 고령자들이 모니터링 대상이라는 것을 인식하지 않는 상태에서 고령자들의 행동을 식별, 분석하여 기록함으로써 지속적으로 안전과 건강 상태를 판단하는 것은 물론, 돌발 상황이 발생했을 경우 신속하게 대처할 수 있으며, 건강증진을 위한 신체 활동을 유도하고 이를 모니터링 하여 관리하는 무구속적 행위 인식 및 신체 활동 증진 시스템에 관한 것이다.
우리나라의 실버산업 수준은 선진국에 비해 아직 취약한 상황이다. 하지만, 그 시장 규모는 2002년에 약 6조 4천억 원에 불과했으나 인구 고령화 진전으로 2010년에는 31조원, 2020년에는 116조원 시장으로 성장할 것으로 전망된다. 또한, 대한상공회의소의 보고에 따르면 2008년을 전후해 베이비붐 세대의 정년퇴직자들이 늘어나면서 국내 실버산업이 2010년부터 10년 동안 연평균 12.9% 성장할 것으로 전망된다. 이처럼 실버산업은 2000년대에 가장 빠르게 성장할 미래 산업으로 각광받고 있다.
또한, 한국보건사회연구원의 보고에 따르면 전체 노인 인구 중 독거 노인의 비율은 1994년 13.6%에서 2009년 20.1%로 증가하였고, 이러한 증가 추세는 계속될 것으로 전망된다. 통계청 조사에 따르면 전국의 65세 이상 노인 단독가구는 102만 1000가구로서 전체 가구의 6%를 차지하는 규모이다. 이에 따른 문제가 점차 우리 사회의 시한폭탄처럼 되어가고 있다. 인구 고령화 못지않게 독거노인 문제가 심각한 사회문제로 대두되고 있는 것이다. 더 나아가, 20년 뒤에는 독거노인이 지금의 2배로 늘어나면서 10가구당 1가구가 노인 단독가구가 될 것이라는 전망까지 나오고 있다. 이는 독거 노인 관리 서비스 산업이 전체 실버 산업에서 차지하는 비중이 점점 증가할 것이라는 것을 반증한다. 그러나, 독거 노인 인구를 관리하기 위한 인프라는 턱없이 부족한 상태이다. 특히, 자원봉사자를 기반으로 한 독거 노인 관리서비스(예를 들어, 노인돌봄기본서비스)의 경우 독거 노인 가구 수는 계속 증가하고 있는 데 반해 자원봉사자의 수는 제한되어 있다. 따라서 제한된 자원으로 효율적인 독거 노인 관리서비스를 제공하기 위한 기술이 필요하다. 특히, 독거 노인의 경우 긴급 상황 대비, 고독사 방지 등의 서비스 지원이 필요하다.
그런데, 종래의 독거 노인 관리 서비스는 측정 센서를 설치하는 데 비용이 많이 소요된다. 특히, 카메라나 적외선 센서를 이용한 제품들은 초기 설치 비용과 이를 지속적으로 관리하기 위한 유지 비용이 커 독거 노인 가정에 설치하기 어렵다. 또한, 종래의 독거 노인 관리 서비스의 경우 단말기를 설치하기 위한 전문성이 요구된다. 예를 들어, 카메라, 적외선 탐지기, 가스/온도/물 사용량 탐지기 등을 설치하려면 전문가의 내방이 필요하다.
또한, 초음파 센서를 이용한 기존의 행위 인식 기술은 해당 센서를 가슴 위에 부착하여야 하기 때문에 불편하며, 사용자가 의식적으로 해당 센서를 부착하지 않으면 행위 인식이 불가능한 단점을 가진다. 특히, 고령자들에게는 사용이 복잡하거나 의식적으로 센서를 부착해야 하는 시스템은 실용성이 낮다. 그리고, 카메라나 적외선 센서를 이용한 기존의 행위 인식 기술은 고령자에게 자신의 사생활을 감시받고 있다는 심리적 긴장감을 유발한다. 즉, 사용자를 감시의 대상으로 취급함으로써 일상 생활의 제약과 심리적 불편함을 야기한다. 또한, 종래의 고령자 관리 시스템들은 지속적인 모니터링을 위하여 다양한 센서들(카메라, 적외선 센서, 초음파 센서 등)을 사용하며, 이들의 전원 공급을 위하여 배터리 형태의 전원 장치나 가정용 전압기를 사용한다. 이러한 방식은 높은 전력 소모를 야기하거나 빈번한 배터리 교환이 필요하여 지속적인 관리 서비스를 제공하는 데 중요한 제약 사항이 된다. 그 결과, 경제적으로 여유롭지 않은 독거 노인들에게 높은 부담을 안겨줄 뿐만 아니라 지속적인 관리 서비스를 제공하는 데 있어 제약이 있다.
그러므로, 초기 설치 비용은 물론 유지 비용이 저렴하며, 고령자가 의식하지 않은 상태에서 심리적인 부담 없이 고령자의 신체 행위를 모니터링 할 수 있는 기술이 절실히 요구된다.
본 발명의 목적은 설치 비용과 유지 비용이 저렴하면서도 고령자나 독거 노인과 같은 관리 대상자의 심리적 거부감이 없이 고령자의 다양한 신체 활동을 모니터링할 수 있는 무구속적 행위 인식 및 신체 활동 증진 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 저비용 고효율의 무구속적 행위 인식 및 신체 활동 증진 시스템에서, 고령자의 신체 활동을 측정하고 필요할 경우 고령자의 신체 활동을 유발할 수 있는 매트 타입의 장치인 스마트 매트를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 일면은 무구속적으로 관리 대상자(subject)의 행위(action)를 인식하고 분석하여 관리 대상자의 안전을 관리하며, 신체 활동을 유도하여 관리 대상자의 건강을 증진하기 위한 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 의한 무구속적 행위 인식 및 신체 활동 증진 시스템은, 관리 대상자의 동작(movement)을 측정하여 센서 신호를 발생시키는 센서부를 포함하는 매트 형상을 가지는 스마트 매트(smart mat), 무선 또는 유선으로 수신된 센서 신호를 설정된 시각에 PSTN(public switched telephone network) 또는 유무선 통신 네트워크를 통해 행위 인식부로 송신하는 게이트웨이, 센서 신호를 해당 센서의 위치 정보를 고려하여 분석함으로써, 관리 대상자의 행위의 유형 및 빈도수를 행위 정보로서 인식하기 위한 행위 인식부, 및 행위 인식부로부터 수신된 행위 정보를 네트워크를 통하여 관계자에게 송신하고, 행위 정보에 기반하여 관리 대상자의 건강 증진을 위해 신체 활동을 유도하기 위한 건강 중재 명령을 생성하여 게이트웨이로 송신하는 대상자 관리 서버를 포함한다. 특히, 게이트웨이는 건강 중재 명령을 수신하고 수신된 건강 중재 명령에 따라 관리 대상자에게 신체 활동을 수행하도록 유도하는 청각 또는 시각 신호를 발생시킨다. 또한, 스마트 매트는 바닥판, 관리 대상자의 신체 접촉을 감지하기 위한 FSR(Force Sensing Resistor) 센서, 로드 셀, 및 압전 센서 및 관리 대상자의 접근을 감지하기 위한 초음파 센서, 적외선 센서 및 열 센서 중 적어도 하나를 포함하며, 바닥판 상부에 위치하는 센서부, 센서부 및 게이트웨이 간의 통신을 담당하는 송수신부, 및 센서부 상부에 위치하며 교체 가능한 커버부를 더 포함한다. 더 나아가, 게이트웨이는 건강 중재 명령에 따라 스마트 매트가 관리 대상자의 신체 활동을 유도하도록 제어하기 위한 매트 제어 신호를 생성하는 건강 중재부를 포함하고, 스마트 매트는 매트 제어 신호에 따라서 상호 협응적으로(collaboratively) 동작하여, 시청각적(audio-visual) 매트 출력을 생성하는 출력부를 더 포함한다. 특히, 스마트 매트는 센서부 및 커버부 사이에 위치하며, 지압 효과를 제공하기 위한 요철부를 더 포함한다. 바람직하게는, 게이트웨이는 스마트 매트 및 대상자 관리 서버 간의 유무선 통신을 담당하는 인터페이스부, 미등록 스마트 매트를 식별하여 해당 스마트 매트의 위치 정보와 함께 등록하며, 수신된 센서 신호로부터 센서 신호를 생성한 스마트 매트의 ID를 추출하여 스마트 매트의 위치 정보를 독출하는 매트 식별부, 등록된 스마트 매트의 동작 상태를 모니터링하는 매트 모니터링부, 및 인터페이스부를 통하여 대상자 관리 서버로부터 수신된 건강 중재 명령에 따라 청각 또는 시각 신호를 발생시키는 건강 중재부를 포함한다. 더 나아가, 대상자 관리 서버는 대상자 관리 서버를 게이트웨이 및 인터넷 네트워크로 연결시키는 네트워크 어댑터, 및 인식된 신체 활동의 종류 또는 빈도수가 소정치 이하이거나 사용자가 설정한 조건이 만족될 경우 관리 대상자의 신체 활동을 유도하기 위한 건강 중재 명령을 생성하여 네트워크 어댑터를 통하여 게이트웨이로 전송하는 동작 유도부를 포함한다.
상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 다른 면은 무구속적으로 관리 대상자의 행위를 인식하고 인식된 행위에 기반하여 관리 대상자의 신체 활동을 증진하기 위한 무구속적 행위 인식 및 신체 활동 증진 시스템에 포함되어, 관리 대상자의 동작을 측정하기 위한 스마트 매트에 관한 것이다. 스마트 매트는, 바닥판, 바닥판 상부에 위치하며, 관리 대상자의 동작을 측정하여 센서 신호를 생성하고, 생성된 센서 신호를 외부 게이트웨이로 송신하는 센서부, 센서부 및 게이트웨이 간의 통신을 담당하는 송수신부를 포함한다. 특히, 송수신부는 외부 게이트웨이로부터 매트 등록 요청이 수신되면 스마트 매트의 ID를 포함하는 응답 메시지를 외부 게이트웨이로 송신한다. 바람직하게는, 센서부는 관리 대상자의 신체 접촉을 감지하기 위한 FSR 센서, 로드 셀, 및 압전 센서 및 관리 대상자의 접근을 감지하기 위한 적외선 센서, 초음파 센서 및 열 센서 중 적어도 하나를 포함한다. 더 나아가, 센서부가 포함된 스마트 매트는 관리 대상자에 의하여 발생되는 열 에너지, 압력 에너지 및 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하여 센서들에게 공급하는 자가 발전부를 더 포함한다. 또한, 스마트 매트는 게이트웨이로부터 수신된 매트 제어 신호에 따라 시청각적 매트 출력을 생성하기 위한 출력부를 더 포함하며, 출력부는, 매트 제어 신호에 따라서 상호 협응적으로 동작하여, 관리 대상자의 신체 활동을 유도하도록 매트 출력을 생성한다. 특히, 출력부는 전기 에너지를 열 에너지로 변환하여 스마트 매트의 온도를 상승 또는 하강시키는 열자극부를 더 포함한다. 바람직하게는, 스마트 매트는 센서부 상부에 위치하며 지압 효과를 제공하기 위한 요철부 및 요철부 상부에 위치하며 교체 가능한 커버부를 더 포함한다.
본 발명에 의하면, 고령자등 관리 대상자의 신체 활동을 생활필수품인 매트 형태의 간단한 장치를 이용하기 때문에 초기 설치비용이 저렴하고, 독거 노인의 행위 분석과 같은 정보 처리가 고령자 관리 서버에서 이루어지기 때문에 유지 비용이 적다는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 의하면 전문적인 센서 장치가 아닌 스마트 매트를 이용하여 고령자의 신체 활동을 측정하기 때문에 별도의 설치비가 전혀 필요 없다.
더 나아가, 본 발명에 의하면, 고령자가 편안하게 일상 생활을 영위하는 동안 고령자가 인식하지 못한 상태에서 심리적 부담감 없이 고령자의 신체 활동의 종류 및 활동량을 측정할 수 있다.
뿐만 아니라, 본 발명에 의하면 고령자로 하여금 스마트 매트에서 출력되는 신호에 따라서 특정 행위 패턴을 수행하도록 유발하고 독려할 수 있기 때문에, 고령자의 신체 활동을 모니터링하는데 그치지 않고 고령자의 건강을 증진시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일면에 따르는 무구속적 행위 인식 및 신체 활동 증진 시스템을 개념적으로 설명하는 도면이다.
도 2는 스마트 매트로부터 측정된 동작들 및 각 동작들로부터 인식된 사용자의 행위를 예시하는 표이다.
도 3은 도 1에 도시된 무구속적 행위 인식 및 신체 활동 증진 시스템에 포함되는 게이트웨이를 개념적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 도 1에 도시된 무구속적 행위 인식 및 신체 활동 증진 시스템에 포함되는 고령자 관리 서버를 개념적으로 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 면에 따르는 스마트 매트를 개념적으로 나타내는 도면이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로서, 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 설명하는 실시예에 한정되는 것이 아니다. 그리고, 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략되며, 도면의 동일한 참조부호는 동일한 부재임을 나타낸다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 “...부”, “...기”, “모듈”, “블록” 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 면에 따르는 무구속적 행위 인식 및 신체 활동 증진 시스템을 개념적으로 설명하는 도면이다.
도 1에 도시된 무구속적 행위 인식 및 신체 활동 증진 시스템(100)은, 스마트 매트(110), 게이트웨이(120), 행위 인식부(180), 대상자 관리 서버(130), 대상자 관리 센터(140), 콜센터(150), 유관 기관(160), 및 스마트 폰 애플리케이션(170) 등을 포함하며, 스마트 매트(110)에는 복수 개의 스마트 매트들(102, 104, 106, 108)이 포함된다.
스마트 매트들(102, 104, 106, 108)은 독거 노인이나 고령자와 같은 관리 대상자의 가정에 설치된다. 또한, 스마트 매트들(102, 104, 106, 108)은 관리 대상자가 접촉하거나 관리 대상자가 근접했을때 이를 감지할 수 있는 센서들(미도시)을 포함한다. 스마트 매트들(102, 104, 106, 108)은 출입구, 텔레비전 앞, 싱크대 앞, 및 화장실 앞 등 다양한 위치에 설치될 수 있다. 또한, 스마트 매트들(102, 104, 106, 108)은 반드시 바닥에 설치될 필요가 없으며, 필요할 경우 벽면, 출입문, 및 천장에도 설치될 수 있다.
관리 대상자가 스마트 매트(110)에 접촉하거나 근접하면, 스마트 매트(110)는 센서 신호를 생성하여 게이트웨이(120)로 전송한다. 센서 신호를 게이트웨이(120)로 전송하는 데에는 다양한 유무선 통신 방식이 이용될 수 있다. 예를 들어, 스마트 매트(110) 및 게이트웨이(120)가 유선으로 연결되었을 경우에는 USB 및 IEEE1394 등의 통신 프로토콜에 따라서 센서 신호들이 게이트웨이(120)로 전송될 수 있으며, 무선일 경우에는 블루투스, 적외선 통신, WiFi, 지그비(zigbee), RF 통신, UWB(ultra wideband), 및 IrDA와 같은 다양한 통신 프로토콜에 따라서 전송될 수 있다. 센서 신호가 수신되면, 게이트웨이(120)는 수신된 센서 신호를 행위 인식부(180)로 전달한다.
게이트웨이(120) 및 대상자 관리 서버(130) 간의 네트워크는 PSTN(public switched telephone network)이거나 GPRS와 같은 다양한 유무선 통신 프로토콜에 따라서 동작하는 통신망일 수 있다. 물론, 게이트웨이(120)가 인터넷을 통하여 대상자 관리 서버(130)에 연결되면 빠른 속도로 생성된 센서 신호를 전달할 수 있다. 하지만, 관리 대상자의 가정에 반드시 인터넷이 설치되어 있는 것은 아니다. 그러므로, 이럴 경우에는 게이트웨이(120)는 PSTN을 통하여 대상자 관리 서버(130)로 센서 신호들을 전달한다.
게이트웨이(120)로부터 센서 신호가 수신되면, 행위 인식부(180)는 어느 위치에 설치된 스마트 매트(110)로부터 수신된 센서 신호인지를 식별하여 관리 대상자의 동작(movement)으로부터 그의 행위(action)를 유추한다. 예를 들어, 스마트 매트(110)가 출입구 앞에 설치되어 있었다면 관리 대상자가 외출하거나 귀가했다는 것을 유추할 수 있다. 또한, 스마트 매트(110)가 텔레비전 앞에 설치되어 있었다면 관리 대상자가 텔레비전을 시청하고 있다는 것을 알 수 있다. 마찬가지로 스마트 매트(110)가 싱크대 밑에 설치되어 있었다면, 스마트 매트(110)로부터의 센서 신호는 관리 대상자가 설거지 중이라는 것을 나타내고, 이로부터 관리 대상자가 식사를 했다는 것을 유추할 수 있다. 그리고, 화장실 앞에 설치된 스마트 매트(110)로부터 센서 신호가 수신되면 관리 대상자가 언제 용변을 보았는지를 알 수 있다. 이 경우, 센서 신호가 연속적으로 수신되는 간격에 따라서 용변의 종류도 유추할 수 있다.
도 1에서, 행위 인식부(180)는 반드시 독립된 장치로서 구현될 필요는 없다. 오히려, 행위 인식부(180)는 게이트웨이(120) 또는 대상자 관리 서버(130) 내에 포함되어 구현될 수도 있다. 행위 인식부(180)가 대상자 관리 서버(130) 내에 포함될 경우, 대상자 관리 서버(130)에서는 상대적으로 복잡한 연산을 신속하게 수행할 수 있기 때문에 행위 인식의 정확도가 향상된다. 또는, 행위 인식부(180)가 게이트웨이(120) 내에 포함된다면, 여러 스마트 매트(110)들로부터의 센서 신호들을 분석하여 게이트웨이(120) 내에서 행위가 인식된다. 그러므로, 게이트웨이(120)로부터 대상자 관리 서버(130)로 전송될 정보는 복잡한 센서 신호가 아니라 인식된 행위 정보이므로 전송되는 정보량을 절감할 수 있다.
고령자 관리 서버(130)는 관리 대상자의 신체 활동을 지속적으로 모니터링함으로써, 필요한 경우 건강 중재 명령을 생성하여 게이트웨이(120)로 전달한다. 그러면, 게이트웨이(120)는 직접 관리 대상자의 신체 활동을 유도하거나 또는 스마트 매트(110)의 출력부를 통하여 신체 활동을 유도한다. 건강 중재 명령 및 신체 활동 유도 기작에 대해서는 본 명세서의 해당 부분에서 상세히 후술된다.
본 명세서에서 ‘동작’이란 손을 들거나, 다리를 드는 등 근육의 수축 및 이완에 의한 신체의 움직임 그 자체를 의미하는 용어로서 이용된다. 예를 들어, 스마트 매트 위에 올라가서 센서 신호를 발생시키는 것은 동작에 해당한다. 동작은 압력 센서 등의 간단한 센서를 이용하여 즉각적으로 인식될 수 있다. 반면에, 본 발명에서 ‘행위(action)' 또는 신체적 행위(physical action)'란 하나 또는 여러 가지 동작을 조합하여 이루어지는 유의미한 행동을 의미한다. 또한, ’신체 활동(physical activity)'이란 행위와 유사한 개념으로서, 행위가 신체적인 움직임으로 이루어진다는 것을 강조하는 용어이다. 예를 들어, 좌측 발 및 우측 발이 스마트 매트의 압력 센서를 누르는 것 각각은 동작이지만, 좌측 발 및 우측 발이 상호 협응적으로 번갈아가면서 움직이면서 센서 신호를 발생시킬 경우에는 이러한 동작들을 조합하여 ‘걷기’라는 신체 활동에 해당하는 것으로 판단할 수 있다. 따라서, 행위 또는 신체 활동은 하나 이상의 동작을 포함하며 이들을 조합하여 판단되는 것이다.
본 명세서에서 ‘동작’을 ‘행위’와 구분하는 이유는 관리 대상자의 건강 상태를 모니터링하기 위해서는 개별적 ‘동작’을 식별하는 것보다 이러한 ‘동작’으로부터 유의미한 ‘행위’를 식별하는 것이 더 유용하기 때문이다. 예를 들어, 싱크대 앞에 설치된 스마트 매트 상에 사용자가 발을 올려놓는 ‘동작’을 수행하였을 경우, 이러한 동작을 '요리하기' 혹은 ‘설거지’라는 행위를 시작하는 것으로 식별할 수 있다. 따라서, '설거지'라는 행위를 수행하였기 때문에 ‘식사하기’ 라는 행위도 수행한 것으로 유추할 수 있다. 마찬가지로, 스마트 매트가 현관문에 설치되어 있는 경우, 현관문에 설치된 스마트 매트를 손으로 미는 행위 자체는 동작일 뿐이지만, 이러한 동작이 감지되면 ‘현관문을 열기’라는 신체 활동이 수행된 것으로 판단할 수 있다. 또한, 만일 스마트 매트가 식탁 밑에 설치되어 있었고, 이 스마트 매트를 밟는 동작이 감지되면 ‘식탁에 앉았음’이라는 '신체 활동'이 수행되었으며, 더 나아가 ‘식사’라는 행위가 수행되었다고 유추할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에서는 복잡한 센서가 아닌 매트 형태의 단순한 장치를 이용하기 때문에 매트와 관리 대상자가 접촉하거나 관리 대상자가 매트에 근접하는 것과 같은 단순한 동작만을 감지할 수 있지만, 행위 인식부는 스마트 매트가 설치된 장소에 대한 정보를 이용하므로 이러한 동작 정보로부터 훨씬 복잡하고 의미 있는 행위에 대한 정보를 얻어낼 수 있다.
행위 정보가 얻어지면 대상자 관리 서버(130)는 인터넷(190)을 통하여 행위 정보를 대상자 관리 센터(140), 콜센터(150), 유관 기관(160), 및 스마트 폰 애플리케이션(170) 등으로 송신한다.
대상자 관리 센터(140)는 대상자 관리 서버(130)로부터 얻어진 행위 정보를 분석하여 관리 대상자의 건강 상태를 지속적으로 관리한다. 특히, 대상자 관리 센터(140)는 행위 정보를 이용하여 관리 대상자의 안전 유무를 판단하고, 생활 패턴 및 신체 활동을 분석할 수 있으며, 건강 상태를 평가할 수 있다. 대상자 관리 센터(140)에서는 전용 웹 페이지를 통하여 관리 대상자의 건강에 대한 이력 정보를 제공할 수 있다. 이 과정에서 회원 정보가 입력되면, 출입 정보, 운동과 같은 건강 증진 활동 정보, 식사 활동 정보, 및 배뇨와 배변/목욕 활동 정보를 제공할 수 있다. 그러면, 관리 대상자 본인 또는 가족들이 직접 웹 페이지에 접속하여 관리 대상자의 건강 상황 및 활동 정보를 언제나 확인할 수 있다.
콜센터(150)는 대상자 관리 센터(140)로부터 얻어진 정보를 참조하여 관리 대상자에게 건강 증진을 위한 운동 처방, 영양 처방 등 다양한 정보를 제공할 수 있다. 평소에는 관리 대상자가 콜센터(150)에 전화하여 도움을 얻을 수 있으나, 관리 대상자의 건강 상태가 좋지 않은 위급한 상황일 경우에는 콜센터(150)가 직접 관리 대상자에게 연락을 취할 수도 있다.
유관 기관(160)이란 병원, 보건소, 피트니스 센터, 복지관 등 관리 대상자의 건강 상태에 대한 체계적이고 전문적인 정보를 제공할 수 있는 모든 기관을 의미한다. 유관 기관(160)에는 국공립 기관은 물론 여러 실버 타운과 같은 사립 기관들도 포함될 수 있다.
스마트 폰 애플리케이션(170)은 본 발명에 의한 무구속적 행위 인식 및 신체 활동 증진 시스템이 제공하는 모니터링 서비스를 이용하기 위하여 스마트 폰에 설치된 애플리케이션이다.
스마트 폰 애플리케이션(170)을 이용하면 모니터링 대상인 관리 대상자의 취침 시간, 기상 시간 등의 다양한 정보를 알 수 있다. 취침 시간 및 기상 시간은, 예를 들어 침대 앞에 설치된 스마트 매트에 대한 접촉 동작으로부터 ‘취침’ 및 ‘기상’이라는 신체 활동을 유추함으로써 식별할 수 있다.
특히, 스마트 폰 애플리케이션(170)은 관리 대상자의 신체 활동에 대한 이력 정보도 제공하며 관리 대상자의 안전 상태를 실시간으로 확인할 수 있고, 생활 패턴 및 능동적 신체 활동량을 분석할 수 있는 기능을 제공할 수 있다. 또한, 위급한 경우 즉시 콜센터(150)를 호출할 수 있는 기능도 제공할 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 스마트 매트로부터 측정된 동작들 및 각 동작들로부터 인식된 사용자의 행위를 예시하는 표이다.
도 2a 및 2b에서 1열은 변수명, 2열은 변수의 의미, 3열은 변수의 데이터 타입, 그리고 4열은 변수값의 예를 각각 나타낸다.
도 2a에서, SM_LOC은 스마트 매트가 설치된 위치를 나타내고, 부엌, 화장실 및 출입구를 나타낼 수 있음을 알 수 있다. SM_TYPE은 측정된 동작의 종류를 나타내는데, "I"는 매트 위에 올라가기, "O"는 매트에서 내려오기, "W"는 걷기, "T"는 매트를 두드리기, 그리고 "S"는 매트 위에 올라와 있는 것을 나타낸다.
도 2b를 참조하면, SB_TIME을 통하여 2011년 8월 23일 11시 20분에 행위가 개시되었으며, SB_DURATION을 통하여 지속 시간은 2분이었음을 알 수 있다. 가장 관심 사항인 행위 종류는 도 2a에 나타난 동작들에 위치 정보를 결합하여 유추된다. 예를 들어, 행위 종류는 SB_TYPE에 나타나는데, "I"는 식사하기, "E"는 용변보기, “C"는 요리하기, "W"는 걷기, 및 "S"는 수면 등을 각각 나타낸다.
도 3은 도 1에 도시된 무구속적 행위 인식 및 신체 활동 증진 시스템에 포함되는 게이트웨이를 개념적으로 나타내는 도면이다. 도 3에 도시된 게이트웨이(300)는 인터페이스부(310), 매트 식별부(320), 매트 모니터링부(330), 행위 인식부(340), 및 건강 중재부(350)를 포함한다.
인터페이스부(310)는 스마트 매트(110)로부터 센서 신호를 무선 또는 유선으로 수신하고, 수신된 센서 신호를 PSTN(public switched telephone network) 또는 유무선 인터넷 네트워크를 통하여 행위 인식부(180) 또는 대상자 관리 서버(130)로 송신한다. 즉, 인터페이스부(310)는 서로 상이한 통신 프로토콜을 이용하여 센서 신호를 수신 및 송신한다. 센서 신호를 대상자 관리 서버(130)에 송신할 때에는 유무선 인터넷을 이용하는 것이 바람직하나, 인터넷이 제공되지 않는 경우에는 PSTN을 이용할 수 있음은 전술된 바와 같다.
인터페이스부(310)는 센서 신호를 실시간으로 스마트 매트로부터 수신하는 것이 바람직하다. 하지만, 게이트웨이(120)가 수신된 센서 신호를 반드시 실시간으로 행위 인식부(180) 또는 대상자 관리 서버(130)로 송신하여야 하는 것은 아니다. 그것은, 전화망 등을 이용할 경우 실시간으로 센서 신호를 송신하려면 회선이 늘 활성화되어 있어야 하는데, 이 경우 회선 유지 비용이 많이 발생될 수 있기 때문이다. 따라서, 인터페이스부(310)는 주기적으로, 또는 설정된 시각에 센서 신호를 송신하는 것이 바람직하다.
또한, 게이트웨이(120)의 인터페이스부(310)가 수신하는 센서 신호와 송신하는 센서 신호는 반드시 동일한 것이 아닐 수도 있다. 즉, 게이트웨이(120)는 수신된 센서 신호를 분석하여 낮은 레벨의 문맥 정보(context information)를 유추한 뒤, 유추된 문맥 정보를 센서 신호와 함께 또는 독립적으로 송신할 수도 있다. 예를 들어, 스마트 매트들로부터 수신되는 센서 신호는 스마트 매트에 올라선 동안에 활성화되는 디지털 신호일 수 있다. 즉, 스마트 매트들로부터 인터페이스부(310)로 수신되는 센서 신호는 사용자가 스마트 매트에 올라서면 1이 되고, 내려서면 0으로 리셋된다. 그러면, 게이트웨이(120)는 스마트 매트들로부터 수신된 센서 신호가 활성화되는 시각 정보를 고려하여 간단한 문맥 정보를 유추할 수 있다. 예를 들어, 싱크대 앞에 위치한 스마트 매트가 10분동안 활성화된다면 이는 관리 대상자가 설거지를 하거나 요리를 하는 등의 행위를 수행하는 것으로 유추할 수 있다. 그러면, 게이트웨이(120)는 센서 신호 대신에 이와 같이 유추된 정보를 행위 인식부(180) 또는 대상자 관리 서버(130)로 송신할 수 있다. 이 경우 게이트웨이(120)로부터 송신되는 정보의 데이터량이 감소할 수 있다는 장점을 가진다. 물론, 더 정교한 판단을 위하여 게이트웨이(120)는 수신된 센서 신호 자체를 함께 행위 인식부(180) 또는 대상자 관리 서버(130)로 송신할 수 있음은 물론이다. 행위 인식부(180)는, 이와 같이 인터페이스부(310)로부터 수신되는 센서 신호 또는 유추 정보 등을 고려하여 더 정교한 문맥 정보를 파악한다. 예를 들어, 현관에 위치한 스마트 매트로부터 관리 대상자가 외출한 것으로 판단하였다고 하더라도, 이후에 주방에 위치한 스마트 매트로부터 센서 신호가 수신되면 이는 종래에 유추한 결과가 오류였다는 것을 나타낸다. 따라서, 행위 인식부(180)는 이와 같이 하나 이상의 저수준(low-level) 문맥 정보를 조합하여 고수준 문맥 정보를 생성할 수 있으며, 생성된 고수준 문맥 정보가 행위 정보가 된다.
본 명세서에서 문맥 정보란 사용자와 다른 사용자, 시스템, 혹은 어플리케이션 간의 상호 작용에 영향을 미치는 사람, 장소, 사물, 개체, 시간 등 상황(situation)의 특징을 규정하는 정보를 가리킨다. 좀 더 구체적으로는 네트워크 연결 상태, 통신 대역폭과 같은 컴퓨팅 상황(computing situation), 사용자의 프로파일, 위치, 주변의 사람들을 비롯한 사용자 상황(user situation), 조명, 소음 레벨, 교통 상태, 온도 등 물리적 상황(physical situation), 시간, 주, 달, 계절 등 시간적 상황(time situation) 등이 모두 상황 정보에 포함된다. 이러한 상황 정보들은 다양한 감지 장치와 어플리케이션을 통해 파악되고 모아져 다양한 응용 서비스 제공에 이용되거나, 다른 상황 정보와 묶여 제3의 결론을 얻는 추론에 사용되기도 한다. 따라서, 본 명세서에서 문맥 정보는 스마트 매트로부터 얻어진 센서 신호들을 분석하여, 현재 관리 대상자가 수행하는 행위가 무엇인지 정확하게 판단하기 위하여 이용될 수 있다.
또한, 인터페이스부(310)는 대상자 관리 서버(130)로부터 건강 중재 명령을 수신하고, 수신된 건강 중재 명령을 건강 중재부(350)로 전달한다. 본 명세서에서 건강 중재(health intervention)란 관리 대상자들의 신체활동 증진을 유도하는 이벤트를 의미하는 것이며, 건강 중재 명령이란 대상자 관리 서버(130)에서 관리 대상자로 하여금 신체 활동을 능동적으로 유발시키기 위하여 게이트웨이(300) 또는 스마트 매트들(102, 104, 106, 108)들을 제어하는 명령을 가리킨다.
관리 대상자의 능동적 신체 활동은 건강 중재부(350) 또는 스마트 매트들(102, 104, 106, 108)에 의하여 유도될 수 있다. 일반적으로, 신체 활동은 게이트웨이(300)의 건강 중재부(350)를 통하여 이루어진다. 즉, 건강 중재부(350)는 수신된 건강 중재 명령을 해석하여 지정된 시간에 지정된 시간 간격 동안 관리 대상자가 운동하도록 하는 음성 멘트를 출력할 수 있다. 이 경우, 관리 대상자가 지시된 바에 따라 이동하여 스마트 매트들(102, 104, 106, 108)이 동작을 감지한다면 ‘수고하셨습니다’ 라는 멘트를 출력하고, 지시에 불응하여 신체 활동을 수행하지 않는다면 ‘건강을 위해서는 움직이셔야죠’ 라는 권장 멘트를 출력할 수도 있다. 건강 중재부(350)는 안내에 얼마나 잘 따라 했느냐에 대한 등급을 매겨 나중에 관리대상자와 보호자가 소통하거나 칭찬 또는 표창할 때 활용할 수 있다.
또는, 스마트 매트가 출력부를 포함할 경우, 게이트웨이(300)는 수신된 건강 중재 명령을 해석하여 스마트 매트들의 출력부를 제어하는 매트 제어 신호를 생성하여 인터페이스부(310)를 통해 스마트 매트들로 전송할 수도 있다. 이 경우, 각 스마트 매트들에 부착된 스피커와 같은 출력부 각각이 수신된 매트 제어 신호에 따라서 매트 출력을 생성할 수 있다. 예를 들어, 건강 중재 명령이 현관문 -> 주방 -> 화장실 앞에 설치된 스마트 매트들 순서대로 이동하도록 유도하는 경우, 해당 위치에 설치된 스마트 매트들 각각의 스피커에서 순서대로 ‘이리로 오세요’ 라는 음성 맨트를 출력할 수 있다. 본 명세서에서, 매트 제어 신호란 대상자 관리 서버(130)로부터 건강 중재 명령을 수신한 게이트웨이(120)가 이를 이용하여 스마트 매트들(102, 104, 106, 108) 각각을 제어하는 신호이다.
또한, 인터페이스부(310)는 고령자 관리 서버(130)로부터 스마트 매트들의 동작 상태를 진단하라는 진단(Diagnosis) 명령을 수신하고, 이에 대한 응답으로서 진단 결과(Diagnosis Summary)를 회신할 수도 있다.
본 명세서에서 능동적 신체 활동을 유발하는 동작은 다음과 같이 이루어진다.
종래 기술에 의한 노인 모니터링 시스템에서는, 노인의 활동을 모니터링할 뿐 노인의 건강을 증진하기 위한 다른 조치를 직접 취하지 않는다. 따라서, 노인 건강 증진이라는 효과를 달성하기에는 종래의 노인 모니터링 시스템은 부족하다. 반면에, 본 발명에 의한 무구속적 행위 인식 및 신체 활동 증진 시스템은 노인의 신체 활동을 모니터링할 뿐만 아니라, 신체 활동이 부족하거나 또는 주기적인 운동을 유발하기 위하여 직접적으로 스마트 매트들(102, 104, 106, 108)들을 제어할 수 있다.
예를 들어, 제1 내지 제4 스마트 매트들(102, 104, 106, 108)은 각각 출입구, TV 앞, 싱크대 밑 및 화장실 앞에 설치되어 있다고 가정한다. 그러면, 대상자 관리 서버(130)는 건강 중재 명령을 게이트웨이(120)로 송신하고, 게이트웨이(120)는 이를 분석하여 스마트 매트(110)를 제어할 매트 제어 신호를 각각의 스마트 매트로 송신한다. 설정된 시간이 되면, 제1 스마트 매트(102)에 설치된 스피커가 운동을 개시할 시간임을 알리고 제1 스마트 매트(102)를 밟도록 요구한다. 관리 대상자가 제1 스마트 매트(102)를 밟았다면, 센서 신호가 행위 인식부(180)로 전달되어 관리 대상자가 제1 스마트 매트까지 이동했다는 행위를 식별한다. 그러면, 이제 제2 스마트 매트(104)의 스피커가 관리 대상자로 하여금 제2 스마트 매트(104)를 밟도록 요구한다. 전술된 바와 같이, 관리 대상자가 제2 스마트 매트(104)를 밟으면, 제3 스마트 매트(106) 및 제4 스마트 매트(108)의 스피커들이 각각 제3 및 제4 스마트 매트를 순차적으로 밟도록 요구한다. 관리 대상자가 제1 내지 제4 스마트 매트들(102, 104, 106, 108)들을 한 번씩 밟았다면, 이는 관리 대상가 출입구 -> TV -> 싱크대 -> 화장실로의 동선을 따라 걷기라는 신체 활동을 했다는 것을 의미한다. 만일 관리 대상자가 이러한 지시에 따르지 않는다면 수차례 참여하도록 독려하고, 대상자 관리 서버(130)는 그 결과를 저장하여 대상자 관리 센터(140) 등으로 전송한다. 따라서, 의사 또는 가족들이 대상자 관리 센터(140)에서 제공하는 전용 웹 페이지를 통하여 관리 대상자가 열심히 운동하는지 여부를 용이하게 파악할 수 있다.
건강 중재 명령을 수신한 게이트웨이(120)가 별도의 매트 제어 신호를 생성하지 않고, 직접 건강 중재부(350)를 통하여 관리 대상자의 동작을 유도할 수도 있음은 전술된 바와 같다.
대상자 관리 서버(130)에 의하여 수행되는 능동적 신체 활동 유발 기능은 사용자에 의하여 설정될 수 있다. 즉, 관리 대상자 등의 사용자는 자신에게 적합한 신체 활동을 직접 설정하고 이를 저장할 수도 있다. 이때, 병원과 같은 유관 기관(160)은 어느 관리 대상자가 선택한 신체 활동이 그 사람에게 적합한지 의학적 전문 지식을 이용하여 검증할 수도 있다.
게이트웨이(120)로부터의 매트 제어 신호에 의하여 적절한 출력을 생성하기 위하여, 스마트 매트(110)는 스피커 및 LED 등의 다양한 출력부를 포함할 수 있다. 스피커는 대상자 관리 서버(130)로부터의 유도 멘트를 출력하거나, 격려 멘트 등을 출력할 수 있다. LED는 다양한 시각 신호를 발생시킴으로써 관리 대상자의 참여를 유도할 수 있다.
매트 식별부(320)는 스마트 매트로부터 수신된 센서 신호가 스마트 매트들(102, 104, 106, 108)들 중 어떤 스마트 매트로부터 수신된 것인지를 식별한다. 대상자 관리 서버(130)는 센서 신호와 해당 센서의 위치 정보를 조합하여 신체 활동 정보를 유추하기 때문에, 센서 신호를 발생시킨 스마트 매트를 식별하는 것이 필요하다.
스마트 매트들(102, 104, 106, 108)은 자신이 생성하는 센서 신호에 자신의 식별자를 삽입하고, 매트 식별부(320)는 해당 식별자를 독출함으로써 해당 스마트 매트를 식별할 수 있다. 이 경우, 사용자는 어느 매트가 어디에 위치되는지를 지정하여 게이트웨이(120)에 저장할 수 있다. 또는, 스마트 매트들(102, 104, 106, 108)은 위치를 나타내는 식별 스위치(미도시)를 포함할 수 있다. 즉, 스마트 매트들(102, 104, 106, 108)에 포함된 식별 스위치를 조작함으로써 스마트 매트의 위치 정보를 간단하게 설정할 수도 있다. 예를 들어, 스마트 매트들이 현관, 거실, 침실 및 화장실과 같은 네 곳 중 하나에 설치된다고 가정한다. 그러면, 식별 스위치는 두 개의 이진 스위치의 조합으로 구성될 수 있다. 사용자는 스마트 매트에 포함된 식별 스위치를 (00, 01, 10, 11) 중 하나로 설정함으로써 기지정된 위치를 나타낼 수 있다. 이 경우, 스마트 매트는 센서 신호를 송출할 때 자신의 ID가 아닌 위치 정보 자체를 게이트웨이(12)로 송출할 수도 있다.
또한, 매트 식별부(320)는 스마트 매트가 게이트웨이에 등록되었는지 여부를 판단하여, 등록되지 않았을 경우 추가로 등록할 수도 있다.
스마트 매트의 추가 등록을 위하여, 게이트웨이(120) 및 스마트 매트(110)는 모두 "무선등록" 키를 가지는 것이 바람직하다. 양 단말에 있는 "무선등록" 키를 동시에 누르면 "페어링" 즉 "무선등록"이 이루어진다. 맨 처음 가정에 설치할 때 양 단말의 "무선등록" 키를 동시에 눌러 스마트 매트를 등록한다. 신규한 매트를 등록할 때는 등록할 스마트 매트와 게이트웨이의 "무선등록" 키를 동시에 누르면 된다.
게이트웨이(300)의 ‘무선 등록’ 버튼이 눌리면 매트 식별부(320)는 새로 등록할 스마트 매트와 통신할 새로운 채널을 생성한 다음, 등록 모드에 들어가 있는 스마트 매트로 등록정보를 송신할 수 있도록 송신모드로 들어간다. 그러면, 게이트웨이는 신규한 스마트 매트에 할당된 채널을 통해 자신의 정보를 포함한 등록에 필요한 데이터를 송신한다. 이제, 등록할 스마트 매트의 "무선등록" 키를 누르면 매트는 이전 세팅되었던 할당채널 및 게이트웨이의 아이디를 삭제하고 채널 스캔모드로 진입한다. 채널을 스캔하면서 최초로 들어오는 데이터를 받아 이 데이터를 보낸 무선 단말을 새로운 게이트웨이로서 인식한다. 그러면, 스마트 매트는 수신된 데이터로부터 게이트웨이 ID를 추출하여 저장하고 이를 수신측 ID로 사용하여 데이터를 전송한다. 이 수신측 ID는 전송할 때 패킷에 포함된다.
매트 모니터링부(330)는 스마트 매트(110)의 작동 상태 및 배터리 상태 등을 모니터링할 수 있다. 모니터링 결과 오동작을 하거나 저전력 상태인 스마트 매트(110)가 발견되면 매트 모니터링부(330)는 경고 메시지 등을 출력하거나 경고음을 출력할 수 있다. 또한, 매트 모니터링부(330)는 스마트 매트들의 모니터링 결과를 대상자 관리 서버(130)로 전송함으로써, 관리 대상자의 신체 활동이 검출되지 않는 이유가 스마트 매트 자체의 문제인지 여부를 사용자가 쉽게 구별하도록 할 수 있다.
행위 인식부(340)는 도 1에 도시된 행위 인식부(180)와 그 구성 및 동작이 유사하며, 도 3에서는 행위 인식부가 게이트웨이(300)에 포함된 경우를 도시한다. 전술된 바와 같이, 행위 인식부(340)가 게이트웨이(300)에 포함되면, 관리 대상자의 행위는 게이트웨이(300)에서 인식되므로, 인터페이스부(310)는 센서 신호가 아닌 인식된 행위 정보만을 대상자 관리 서버로 전송하면 된다.
도 4는 도 1에 도시된 무구속적 행위 인식 및 신체 활동 증진 시스템에 포함되는 대상자 관리 서버를 개념적으로 나타내는 도면이다.
도 4에 도시된 대상자 관리 서버(400)는 네트워크 어댑터(410), 행위 인식부(420), 및 동작 유도부(430)를 포함한다. 네트워크 어댑터(410)는 대상자 관리 서버(400)를 게이트웨이(120) 및 인터넷(190)에 연결시킨다. 도 1을 참조하면, 대상자 관리 서버(400)는 게이트웨이(120)와 PSTN 또는 인터넷으로 연결될 수 있으며, 대상자 관리 센터(140) 들과는 인터넷(190)을 통하여 연결된다. 따라서, 상이한 네트워크에서 모두 동작하도록 대상자 관리 서버(400)를 적응시키는 역할을 네트워크 어댑터(410)가 수행한다.
행위 인식부(420)는 게이트웨이(120)를 거쳐 스마트 매트(110)로부터 수신된 센서 신호를 그 신호를 생성한 센서의 위치 정보를 고려하여 분석하여 관리 대상자의 신체 활동의 종류 및 빈도수를 신체 활동 결과로서 인식한다. 예를 들어, TV 앞에 위치한 제2 스마트 매트(104)로부터 센서 신호가 수신되었다면, 행위 인식부(420)는 관리 대상자가 텔레비전을 시청하고 있는 것으로 인식할 수 있다.
도 4에서, 행위 인식부(420)의 구성 및 동작은 도 1에 도시된 행위 인식부(180)와 유사하며, 도 4에서는 행위 인식부가 대상자 관리 서버(400)에 포함되는 경우를 도시한다. 전술된 바와 같이, 행위 인식부(420)가 대상자 관리 서버(400) 내에 포함되면, 복잡한 센서 신호들을 상대적으로 높은 정확도로 신속하게 분석할 수 있다는 장점을 가진다.
또한, 본 발명에 의한 대상자 관리 서버(400)에 포함되는 동작 유도부(430)는 인식된 신체 활동의 종류 또는 빈도수가 소정치 이하일 경우 혹은 건강 증진을 위한 중재 명령이 내려왔을 경우, 관리 대상자의 동작을 유도하기 위한 건강 중재 명령을 생성한다. 또는, 동작 유도부(430)는 사용자가 직접 선택한 조건이 만족될 경우 관리 대상자의 동작을 유도할 수도 있다. 동작 유도부(430)에 의하여 생성된 건강 중재 명령은 네트워크 어댑터(410)를 거쳐 게이트웨이(120)로 전달된다. 그러면, 게이트웨이(120)는 수신된 건강 중재 명령을 참조하여 스마트 매트들(102, 104, 106, 108)들 각각을 제어하기 위한 매트 제어 신호를 생성한다. 예를 들어, 동작 유도부(430)로부터 수신된 건강 중재 명령이 소정 시각부터 30초 간격으로 제1 내지 제4 스마트 매트들(102, 104, 106, 108)들의 스피커를 작동시켜 사용자의 신체 활동을 유도하도록 하는 것이었다면, 게이트웨이(120)는 이러한 건강 중재 명령을 해석하여, 설정된 시각 이후에 제1 내지 제4 스마트 매트들(102, 104, 106, 108)에 설치된 스피커를 순차적으로 활성화시키도록 각 스마트 매트들을 제어하는 매트 제어 신호를 스마트 매트들(102, 104, 106, 108)들로 전송한다.
전체적인 동작 시나리오는 다음과 같다.
1. 우선, 스마트 매트는 싱크대 밑, 화장실 입구, 현관문 바로 앞(실내)에 설치한다.
2. 그러면, 각 스마트 매트에 의하여 측정되는 동작을 분석하고, 이를 통해 각종 행위(action)를 인지한다. 인지될 수 있는 행위에는 식사 혹은 섭취(intake), 배설(excretion), 출입(in-out) 등이 있을 수 있다.
3. 인지한 행위의 횟수는 주기적으로 매일 2회로 나누어 DB에 기록된다. 인지된 행위가 DB에 기록될 때 안전상황에 대한 판단을 할 수도 있다. 예를 들어, 섭취/배설/출입에 대한 기록이 하루 동안 전혀 없을 때는 안전상태를 "이상"으로 판단하여 DB를 통해 파악한 휴대전호로 단문메시지를 보낸다.
4. 단문메시지를 받은 보호자는 독거노인의 상태를 파악한다. 파악한 후 그 결과를 설문 형태의 스마트폰 앱 혹은 웹페이지를 통해 상황에 대해 보고한다. 보고된 상황은 스마트폰 앱과 웹페이지를 통해 관리자들에게 보고된다.
5. 출입은 외출과 귀가로 나누어 인지한다. 예를 들어, 스마트 매트에서 매트에 올라서기(step-on) 동작 이전에 매트를 가볍게 두드리는 동작(double tapping)이 있거나, 30분 이내에 다른 스마트 매트에서 동작이 감지되었다면, 매트에 올라서기 동작을 외출(get-out, GO) 행위로 판단할 수 있다. 그리고, 외출 행위 이후에 다시 스마트 매트에 올라가기 동작이 검출되면 이는 귀가 행위로 인식한다. 외출 행위 및 귀가 행위 사이에 다른 스마트 매트에서 동작이 검출되면 인식된 외출 행위는 무효화 된다.
본 발명에 의한 무구속적 행위 인식 및 신체 활동 증진 시스템을 이용한 독거 노인을 위한 건강관리기능은 다음과 같이 수행된다.
1. 게이트웨이에서 정해진 시간에 벨 혹은 음성 혹은 음향으로 신체활동 행위 개시를 안내한다. 그러면 신체활동 증진용 시그널 음악이 재생된다.
2. 대상자가 부엌으로 가서 스마트 매트 위에 올라선 후 10번 걸으면, 시그널 음악이 바뀐다. 계속하여, 대상자가 화장실 앞의 스마트 매트에서 오른 쪽 발로 5번 태핑하면 시그널 음악이 바뀐다. 또한, 대상자가 현관에 가서 스마트 매트에 올라가 20번 걸으면 게이트웨이에서 신체활동 증진용 시그널 음악이 멈춘다.
3. 동작을 유도했으나 아무런 동작도 보고되지 않으면 10분 후에 시그널 음악이 꺼지면서 DB 서버에 보고된다.
4. 건강증진용 신체활동 행위는 신체활동 개시 명령에 의해 시작되는 행동을 분석하여 평가한다.
이상과 같이, 본 발명에 의한 무구속적 행위 인식 및 신체 활동 증진 시스템은 스마트 매트를 이용하여 독거 노인의 신체활동의 종류와 양을 측정하고, 외출/식사/호출 등과 같은 능동적인 동작신호를 식별하여 독거 노인의 생활패턴/건강상태 등을 파악한다. 또한, 독거 노인의 생활 패턴/건강 상태 정보를 가족, 결연된 자원봉사자 등에게 스마트 미디어를 이용하여 전달함으로써 저렴한 비용으로 효율적인 독거 노인 관리 서비스가 실현될 수 있다. 노인의 생활 패턴/건강 상태 정보가 전달되면, 가족, 의사, 및 결연된 자원봉사자 등은 전달 받은 독거 노인의 상태 정보를 참조하여 노인에게 가장 바람직한 처방을 내리거나 재활 훈련 프로그램을 실시할 수 있다. 물론, 본 발명에 의한 무구속적 행위 인식 및 신체 활동 증진 시스템은 반드시 독거 노인이나 관리 대상자에게만 적용될 수 있는 것이 아니며, 건강 증진을 위하여 지속적인 신체 활동이 필요한 모든 대상자에게 적용될 수 있는 것은 물론이다.
본 발명의 일면에 의한 무구속적 행위 인식 및 신체 활동 증진 시스템에 따르면, 매트 형태의 간단한 장치를 이용하여 관리 대상자의 신체 활동을 측정할 수 있기 때문에 초기 설치비용이 저렴하다. 또한, 관리 대상자의 가정에는 저비용의 스마트 매트 및 게이트웨이만 설치되고, 게이트웨이로부터 수신되는 센서 신호는 대상자 관리 서버에서 이루어지기 때문에 그 판단 결과가 정확한 것은 물론 유지 비용이 절감된다.
본 발명에 의한 스마트 매트 기반 행위인식 기술은 독거 노인 뿐만 아니라 외부나 특정 장소에 출입하는 것을 제한하여야 하는 주체(예: 유아, 어린이 등)들을 모니터링하는 용도로 활용할 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 면에 따르는 스마트 매트(500)를 개념적으로 나타내는 도면이다.
도 5의 (a)에 도시된 스마트 매트(500)는 바닥판(510), 센서부(520), 출력부(530), 송수신부(540), 요철부(550), 및 커버부(560)를 포함한다.
센서부(520)는 관리 대상자의 동작을 측정하여 센서 신호를 생성한다. 센서부(520)는 관리 대상자의 신체 접촉을 감지하기 위한 FSR 센서, 로드 셀, 압전 필름 센서, 및 압전 센서, 및 관리 대상자의 접근을 감지하기 위한 적외선 센서 및 열 센서 등 종래 기술에 의한 다양한 센서들을 포함할 수 있다. 적외선 센서를 이용할 경우 팔과 같은 상체 움직임도 감지할 수 있다. 생성된 센서 신호는 송수신부(540)를 거쳐 외부 게이트웨이로 송신된다.
또한, 출력부(530)는 게이트웨이로부터 송수신부(540)를 통해 수신된 매트 제어 신호에 따라 관리 대상자의 신체 활동을 유도하는 매트 출력을 생성한다. 매트 출력이 관리 대상자의 신체 활동을 유발하기 위하여 제공된다는 것은 전술된 바와 같다. 출력부(530)는 음향 신호 또는 시각적 신호를 이용하여 관리 대상자의 신체 활동을 유발한다. 또한, 출력부(530)는 코일과 같은 발열체 또는 냉온체를 포함하여, 매트 제어 신호에 따라서 스마트 매트(500)의 온도를 상승 또는 하강시키는 열 자극부(미도시)를 더 포함할 수도 있다. 열 자극부가 포함된 스마트 매트가 싱크대 앞에 설치된다면, 설거지를 하는 동안에 사용자에게 열 자극을 제공하여 혈액 순환을 촉진하는 등 온찜질 또는 냉찜질 효과를 얻을 수 있다.
또한, 이러한 신체 활동에 얼마나 빨리 협응하여 운동을 진행하는지를 지속적으로 모니터링하면 매번 운동할 때의 관리 대상자의 건강 상태를 유추할 수도 있다. 예를 들어, 한 사이클의 운동을 수행하는데 평소보다 많은 시간이 걸렸다면 이는 그 관리 대상자의 컨디션이 좋지 않은 것임을 의미할 수 있다.
요철부(550)는 센서부(520) 상부에 위치하며 지압 효과를 제공한다.
도 5에서, 커버부(560)가 요철부(550) 상부에 위치되어 세척 또는 교체를 용이하게 할 수 있는데, 도 5의 (b)는 요철부(550) 상부에 커버부(560)가 부착된 것을 나타내고 (c)는 커버부(560)가 부착되지 않은 경우를 예시하는 도면들이다.
도 5에 도시된 스마트 매트(500)는 다양한 다른 구성 요소들도 포함할 수 있다. 예를 들어, 스마트 매트(500)는 관리 대상자에 의하여 발생되는 열 에너지, 압력 에너지 및 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하여 센서들에게 공급하는 자가 발전부(미도시)를 더 포함할 수도 있다. 그러면, 지속적인 모니터링을 위하여 높은 전력 소비를 요구하는 기존의 기술과 달리 본 발명에서 제안한 열 에너지, 압력에너지, 운동에너지를 이용한 자가발전 방식의 전원공급을 통하여 저전력·저비용 독거 노인관리 서비스를 실현할 수 있다.
본 발명의 스마트 매트 기반 독거 노인 관리서비스를 이용하여 증가하고 있는 세계 노인·실버산업 시장에서 국내 시장이 우위를 점할 수 있을 것으로 기대된다. 또한 현재 도입기 단계에 머물고 있는 국내 독거 노인 관리서비스 시장이 세계 시장으로 도약할 수 있는 디딤돌 역할을 할 것으로 기대된다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
또한, 본 발명에 따르는 방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함할 수 있다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 분산 컴퓨터 시스템에 의하여 분산 방식으로 실행될 수 있는 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드를 저장할 수 있다.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
본 발명은 실버 사업에 적용될 수 있다.

Claims (13)

  1. 무구속적으로 관리 대상자(subject)의 행위(action)를 인식하고 분석하여 관리 대상자의 안전을 관리하며, 신체 활동을 유도하여 관리 대상자의 건강을 증진하기 위한 시스템에 있어서,
    상기 관리 대상자의 동작(movement)을 측정하여 센서 신호를 발생시키는 센서부를 포함하는 매트 형상을 가지는 스마트 매트(smart mat);
    무선 또는 유선으로 수신된 상기 센서 신호를 설정된 시각에 PSTN(public switched telephone network) 또는 유무선 통신 네트워크를 통해 행위 인식부로 송신하는 게이트웨이;
    상기 센서 신호를 해당 센서의 위치 정보를 고려하여 분석함으로써, 상기 관리 대상자의 행위의 유형 및 빈도수를 행위 정보로서 인식하기 위한 상기 행위 인식부; 및
    상기 행위 인식부로부터 수신된 상기 행위 정보를 네트워크를 통하여 관계자에게 송신하고, 상기 행위 정보에 기반하여 상기 관리 대상자의 건강 증진을 위해 신체 활동을 유도하기 위한 건강 중재 명령을 생성하여 상기 게이트웨이로 송신하는 대상자 관리 서버를 포함하며,
    상기 게이트웨이는, 상기 건강 중재 명령에 따라 상기 스마트 매트가 상기 관리 대상자의 신체 활동을 유도하도록 제어하기 위한 매트 제어 신호를 생성하는 건강 중재부를 포함하고,
    상기 스마트 매트는 상기 매트 제어 신호에 따라서 상호 협응적으로(collaboratively) 동작하여, 시청각적(audio-visual) 매트 출력을 생성하는 출력부를 포함하는 것을 특징으로 하는 무구속적 행위 인식 및 신체 활동 증진 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 스마트 매트는,
    바닥판;
    상기 관리 대상자의 신체 접촉을 감지하기 위한 FSR(Force Sensing Resistor) 센서, 로드 셀, 및 압전 센서 및 상기 관리 대상자의 접근을 감지하기 위한 초음파 센서, 적외선 센서 및 열 센서 중 적어도 하나를 포함하며, 상기 바닥판 상부에 위치하는 상기 센서부;
    상기 센서부 및 상기 게이트웨이 간의 통신을 담당하는 송수신부; 및
    상기 센서부 상부에 위치하며 교체 가능한 커버부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무구속적 행위 인식 및 신체 활동 증진 시스템.
  3. 삭제
  4. 제2항에 있어서, 상기 스마트 매트는,
    상기 센서부 및 상기 커버부 사이에 위치하며, 지압 효과를 제공하기 위한 요철부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무구속적 행위 인식 및 신체 활동 증진 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 게이트웨이는,
    상기 스마트 매트 및 상기 대상자 관리 서버 간의 유무선 통신을 담당하는 인터페이스부;
    미등록 스마트 매트를 식별하여 해당 스마트 매트의 위치 정보와 함께 등록하며, 수신된 센서 신호로부터 상기 센서 신호를 생성한 스마트 매트의 ID를 추출하여 상기 스마트 매트의 위치 정보를 독출하는 매트 식별부; 및
    등록된 스마트 매트의 동작 상태를 모니터링하는 매트 모니터링부를 포함하는 것을 특징으로 하는 무구속적 행위 인식 및 신체 활동 증진 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 대상자 관리 서버는,
    상기 대상자 관리 서버를 상기 게이트웨이 및 인터넷 네트워크로 연결시키는 네트워크 어댑터; 및
    인식된 신체 활동의 종류 또는 빈도수가 소정치 이하이거나 사용자가 설정한 조건이 만족될 경우 상기 관리 대상자의 신체 활동을 유도하기 위한 상기 건강 중재 명령을 생성하여 상기 네트워크 어댑터를 통하여 상기 게이트웨이로 전송하는 동작 유도부를 포함하는 것을 특징으로 하는 무구속적 행위 인식 및 신체 활동 증진 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 대상자 관리 서버는, 상기 신체 활동 결과를 상기 네트워크 어댑터를 통하여 전용 웹사이트, 유관 기관, 또는 스마트 폰 애플리케이션 중 적어도 하나로 제공하는 것을 특징으로 하는 무구속적 행위 인식 및 신체 활동 증진 시스템.
  8. 무구속적으로 관리 대상자의 행위를 인식하고 분석하여 관리 대상자의 안전을 관리하며, 신체 활동을 유도하여 관리 대상자의 건강을 증진하기 위한 무구속적 행위 인식 및 신체 활동 증진 시스템에 포함되어, 상기 관리 대상자의 동작을 측정하기 위한 스마트 매트에 있어서,
    바닥판;
    상기 바닥판 상부에 위치하며, 상기 관리 대상자의 동작을 측정하여 센서 신호를 생성하고, 생성된 센서 신호를 외부 게이트웨이로 송신하는 센서부;
    상기 센서부 및 상기 게이트웨이 간의 통신을 담당하는 송수신부; 및
    상기 게이트웨이로부터 수신된 매트 제어 신호에 따라 시청각적 매트 출력을 생성하기 위한 출력부를 포함하며,
    상기 송수신부는, 상기 외부 게이트웨이로부터 매트 등록 요청이 수신되면 상기 스마트 매트의 ID를 포함하는 응답 메시지를 상기 외부 게이트웨이로 송신하고,
    상기 출력부는, 상기 매트 제어 신호에 따라서 상호 협응적으로 동작하여, 상기 관리 대상자의 신체 활동을 유도하도록 상기 매트 출력을 생성하고,
    상기 센서부는, 상기 관리 대상자의 신체 접촉을 감지하기 위한 FSR 센서, 로드 셀, 및 압전 센서 및 상기 관리 대상자의 접근을 감지하기 위한 적외선 센서, 초음파 센서 및 열 센서 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 무구속적 행위 인식 및 신체 활동 증진 시스템용 스마트 매트.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제8항에 있어서, 상기 출력부는,
    전기 에너지를 열 에너지로 변환하여 상기 스마트 매트의 온도를 상승 또는 하강시키는 열자극부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무구속적 행위 인식 및 신체 활동 증진 시스템용 스마트 매트.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 센서부 상부에 위치하며 지압 효과를 제공하기 위한 요철부 및
    상기 요철부 상부에 위치하며 교체 가능한 커버부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무구속적 행위 인식 및 신체 활동 증진 시스템용 스마트 매트.
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