KR101656186B1 - Smr파를 이용한 상태표출 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 뇌파 중 집중상태를 나타내는 SMR파를 측정하되 상대방으로 하여금 확인할 수 있도록 측정신호를 다양한 방식으로 표출되도록 하는 SMR파를 이용한 상태표출 시스템에 관한 것이다.

Description

SMR파를 이용한 상태표출 시스템 {STATE EXPRESSING APPARATUS USING THE SMR WAVES}

본 발명은 뇌파를 이용한 표출시스템에 관한 것으로, 자세하게는 뇌파 중 집중상태를 나타내는 SMR파를 측정하되 상대방으로 하여금 확인할 수 있도록 측정신호를 다양한 방식으로 표출되도록 하는 SMR파를 이용한 상태표출 시스템에 관한 것이다.

인간의 뇌는 상호관계를 이루며 연결된 수천억 개의 신경세포로 구성되고, 각 신경세포는 다른 신경세포와 여러 가지 상호관계를 이루며 연결되어 있으며, 이들 신경세포 간의 상호작용은 화학작용을 거쳐 두피의 전기적 흐름인 뇌파로 나타나게 된다.

일반적으로, 인간의 두피에서 측정되는 뇌파는 수십 마이크로 볼트의 전위차와 50헤르츠 이하의 주파수를 지닌 파장으로, 그 주파수에 따라 델타파(δ), 쎄타파(θ), 알파파(α), SMR파(Sensory Motor Rhythm), 베타파(β) 및 감마파(σ)로 구분할 수 있다.

이중 특히 근래 들어 활발히 연구되고 있는 SMR파는 베타파와 알파파 사이에서 중심 주파수가 12.7Hz, 그 범위가 12 ~ 15㎐에 해당하는 부분으로, 준비된 차분한 상태 이완된 주의집중 상태 즉, 긴장하지 않은 상태에서 집중이 이루어져 스트레스를 받지 않고 쉽고도 간단하면서도 정확히 수행을 할 수 있는 상태에서 나타나는 것으로 알려져있다.

최근 뇌파를 응용한 장치의 제어 연구와 함께 의료용 뇌파 측정기 개발이 계속 진행되고 있으며, 컴퓨터 프로그램과 연동을 통한 게임 등의 제품들이 등장하고 있다. 하지만, 종래 제품에서는 뇌파 분석용 별도의 처리시스템에 연결하여야만 실질적인 측정결과 확인이 가능하여 일반인들이 쉽게 사용하에 어려움이 있었으며, 특히 뇌파를 이용한 장치제어의 활용이 매우 제한적으로, 제어시스템이 매우 단순하고, 다른 기기와의 호환이 어려운 문제점이 있었다.

한국등록특허 제10-1517007호(2015.05.04. 공고.)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 다양한 뇌파 중 SMR파를 선별하여 측정하되 상대방으로 하여금 측정되는 SMR파를 쉽게 확인할 수 있도록 측정신호를 다양한 방식으로 표출되도록 하는 SMR파를 이용한 상태표출 시스템를 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 위해 본 발명은 뇌파를 이용한 상태표출 시스템에 있어서, 대상자의 머리에 착용하되, 사용자의 두피에 접촉하여 뇌파를 측정하는 측정부를 구비한 착용부; 측정된 뇌파를 분석하여 SMR파 성분을 추출하여 증폭시키는 분석부; 상기 분석부에서 증폭된 뇌파 신호를 시각적으로 출력하는 출력부; 상기 분석부에서 증폭된 뇌파 신호를 통해 구동신호를 생성하는 구동신호생성부와, 인가되는 구동신호를 통해 구동되는 구동수단을 구비하는 구동부; 전원을 공급받아 상기 측정부와 분석부와 출력부와 구동부를 제어하는 제1제어부; 로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이때 상기 착용부에는 상기 분석부와 출력부와 제1제어부가 내장되는 몸체와, 상기 구동부의 탈착이 이루어지는 체결부가 구비되되, 상기 체결부는 상기 몸체로부터 구동부로 전원 및 구동신호를 인가하는 커넥터와 체결커버로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 몸체에 내장되어 상기 제1제어부를 통해 제어되며 외부기기와 근거리 무선통신이 이루어지되 상기 분석부에서 증폭된 뇌파 신호 및 상기 체결부에 체결된 구동부 정보를 송신하고 구동신호를 수신하는 제1통신부; 상기 제1통신부와 통신이 이루어지는 제2통신부와, 다양한 구동부 정보에 대응하는 뇌파 신호의 구동신호 변환정보가 저장되는 저장부와, 상기 제2통신부에서 수신한 뇌파 신호 및 구동부 정보에 대응하는 변환정보를 상기 저장부에서 읽어 해당 변환정보를 통해 구동신호를 생성하는 변환부와, 상기 변환부에서 생성된 구동신호를 상기 제2통신부를 통해 송신하는 제2제어부를 구비하는 단말기; 를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 구동부는 구동모터로 이루어지는 구동수단의 회전축 상에 설치되는 프로펠러와, 인가되는 구동신호를 통해 상기 구동모터의 회전속도를 단계적으로 제어하는 스위칭부로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 구동부는 전자석으로 이루어지는 구동수단과, 인가되는 구동신호를 통해 상기 전자석의 자력을 제어하는 전력가변부로 이루어질 수 있다.

본 발명을 통해 측정되는 SMR파를 상대방으로 하여금 쉽게 확인할 수 있도록 하여 집중 여부 등을 파악할 수 있으며, 특히 측정신호를 다양한 방식으로 표출되도록 하여 집중도 향상훈련을 비롯하여 각종 게임이나 오락에서 사용자의 집중도를 확인하는 용도로 활용가능하다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 착용모습을 나타낸 정면도,
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 착용모습을 나타낸 측면도,
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 착용모습을 나타낸 정면도,
도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 착용모습을 나타낸 측면도,
도 5는 본 발명의 제4실시예에 따른 착용모습을 나타낸 정면도,
도 6은 본 발명의 제5실시예에 따른 착용모습을 나타낸 정면도,
도 7은 본 발명의 전기적인 구성 및 연결관계를 나타낸 블록도 이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명 SMR파를 이용한 상태표출 시스템의 구성을 구체적으로 설명한다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 착용모습을 나타낸 정면도, 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 착용모습을 나타낸 측면도, 도 7은 본 발명의 전기적인 구성 및 연결관계를 나타낸 블록도로서, 본 발명은 다양한 뇌파 중 SMR파를 측정하기 위해 기본적으로 대상자의 머리에 착용이 이루어지는 형태를 갖고, 측정되는 SMR파를 가공하여 다양한 방식으로 표출함으로 상대방으로 하여금 측정상태를 확인할 수 있도록 하며, 이를 위해 착용부(110)와, 분석부(120)와, 출력부(130)와, 구동부(140)와, 제1제어부(150)의 주요 구성을 구비한다.

상기 착용부(110)는 SMR파를 측정하고자 하는 대상자의 머리에 착용을 위한 구성으로, 본 발명의 제1실시예에서는 사용자의 머리를 전후방향으로 두르면서 머리 상부를 가로지르는 형상의 밴드 형상의 착용부(110)를 도시하고 있으나, 대상자의 머리에 견고하게 고정할 수 있는 형상이라면 특별히 형상을 한정하지는 않는다.

도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 착용모습을 나타낸 정면도, 도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 착용모습을 나타낸 측면도, 도 5는 본 발명의 제4실시예에 따른 착용모습을 나타낸 정면도, 도 6은 본 발명의 제5실시예에 따른 착용모습을 나타낸 정면도로서, 제2실시예와, 4 내지 5실시예에서도 제1실시예와 동일한 형상의 착용부(110)가 도시되어 있으며, 도 4를 통해 표현되는 제3실시예에서는 형태를 변형하여 대상자의 머리에 착용되는 모자형태로 착용부(110)가 형성된 모습을 나타내고 있다.

상기 착용부(110)에는 사용자의 두피에 접촉하여 뇌파를 측정하는 측정부(111)가 구비되며, 앞서 언급한 바와 같이 뇌파는 두피의 전기적 흐름으로 나타남에 따라 바람직하게는 비침습식 센서를 통해 뇌파를 측정하는 것이 바람직하다.

상기 분석부(120)는 상기 측정부(111)로부터 측정된 뇌파를 분석하여 SMR파 성분을 추출하여 증폭시키는 구성으로, 다양한 뇌파 중 SMR파에 해당하는 주파수의 뇌파를 추출하게 되며, 통상 뇌파가 미세한 전압 및 전류로 측정됨에 따라 이를 명확히 분석하기 위해 적정한 비율로 증폭한다. 또한, 이와 더불어 측정된 뇌파 중 노이즈 성분을 제거하기 위한 필터회로를 구비하는 것이 바람직하다.

상기 출력부(130)는 상기 분석부(120)에서 증폭된 뇌파 신호를 시각적으로 출력하는 구성으로, 다양한 방식으로 출력이 가능하나, 후술되는 구동부(140)를 통해 보다 구체적으로 표출이 이루어짐에 따라 도 6에서와같이 복수의 LED 등을 이용하여 뇌파의 검출 여부를 비롯하여 강도를 대략적으로 나타낼 수 있도록 구성하거나 후술되는 몸체(100) 상에 작은 크기의 LED를 다수 설치하여 출력될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

상기 구동부(140)는 상기 분석부(120)에서 증폭된 뇌파 신호를 다양한 방식으로 변환하여 표출하기 위한 구성으로, 증폭된 뇌파 신호를 바탕으로 구동신호를 생성하는 구동신호생성부(141)와, 인가되는 구동신호를 통해 구동되는 구동수단(142)을 구비한다.

본 발명에서는 다양한 실시예를 통해 다양한 방식의 구동부를 제시하고 있으며 먼저, 도 1 내지 2를 통해 도시된 제1실시예에서와 같이 상기 구동부(140)는 구동모터로 이루어지는 구동수단(142)의 회전축 상에 설치되는 프로펠러(143)를 통해 구성될 수 있다. 이때 인가되는 구동신호를 이용하여 공급되는 전원을 제어함으로 상기 구동모터의 회전속도를 단계적으로 제어하는 스위칭부(144)가 구비되어 측정되는 SMR파의 레벨에 따라 상기 프로펠러의 회전속도가 단계적으로 달라지도록 한다. 이와 유사한 구조로 도 3에서와같이 시계형상의 구동수단을 통해 대상자의 집중으로 인해 SMR파의 레벨이 높아짐에 따라 시간이 빨리 흐르는 것처럼 보이도록 하는 표현도 가능하다.

이와는 다른 방식으로, 도 3에서 시계형상 대신 게이지형상으로 구동수단(142)을 형성하되 내부에 전자석을 구비하여 전자석의 자력을 통해 게이지에서 표시되는 수치에 변동을 주도록 구성할 수도 있다. 이때, 인가되는 구동신호를 이용하여 상기 전자석의 자력을 제어하는 전력가변부(145)가 구비되어 측정되는 SMR파의 레벨이 게이지를 통해 측정된 SMR파의 레벨이 표출되도록한다.

이와 같은 구동수단(142)의 동작제어를 위해 상기 구동신호생성부(141)는 증폭된 SMR파의 강조를 시간 흐름에 따라 처리하되, 설정된 시간으로 분할한 후 분할된 기간 동안의 SMR파의 강도의 평균을 산출한 뒤 단계적으로 패턴화하여 구동신호를 생성함으로 단계적인 구동수단(142)의 제어를 용이하게 하고, 상대방으로 하여금 SMR파의 강도를 통한 대상자의 집중상태를 보다 명확하게 파악할 수 있도록 할 수 있다.

상기 제1제어부(150)는 MCU에 해당하는 구성으로, 기본적으로 전원을 공급받아 상기 측정부(111)와 분석부(120)와 출력부(130)와 구동부(140)를 제어하게 된다.

특별히 본 발명에서 제시하는 실시예에서 상기 착용부(110)에는 별도의 몸체(100)가 구비되어 상기 분석부(120)와 출력부(130)와 제1제어부(150)를 내장하게 되며, 상기 구동부(140)의 탈착을 위한 체결부(101)가 구비되어, 제1 내지 5실시예에서 나타난 것과 같은 다양한 형태를 갖는 구동부의 선택적인 탈착이 이루어질 수 있도록 구성된다.

이때 상기 몸체(100)에 내장된 제1제어부(150)로부터 상기 체결부(101)에 결합된 구동부(140)로 전원 및 신호가 인가되어야 함에 따라 도 2에 도시된 바와 같이 상기 체결부(101)는 전원 및 신호전달을 위한 커넥터(102)와, 결합된 구동부(140)가 의도치 않게 분리되는 것을 방지하기 위한 체결커버(103)로 이루어지게 된다. 상기 착용부(110)와 구동부(140) 결합을 위한 일례로 상기 체결커버(103)를 스크루 캡으로 구성하고 상기 착용부(110)에 대응하는 스크루를 형성함으로 착용부(110)와 체결커버(103)가 형성된 구동부(140)가 스크루 결합 방식으로 견고히 체결될 수 있도록 할 수 있다.

이때 상기 몸체(100)가 대상자의 머리에 착용되는 착용부(110)에 고정됨으로 인해 크기에 제약을 받게 됨에 따라 내장되는 구성 및 저장용량의 한계와 함께 상기 구동부(140)의 종류가 다양해짐에 따라 생성하고자 동작신호의 상이함, 연구 및 실험으로 인해 개선된 구동부의 추가 등 기능의 확정을 위해 전문가 내지는 제작사 측에서 테스트 된 다양한 동작신호 생성 알고리즘을 지원받을 수 있도록 단말기(200)가 구비될 수 있다.

더불어 이를 위해 상기 몸체(100)에는 상기 제1제어부(150)를 통해 제어되며 외부기기와 근거리 무선통신이 이루어지되 상기 분석부(120)에서 증폭된 뇌파 신호 및 상기 체결부(101)에 체결된 구동부(140) 정보를 송신하고, 상기 단말기(200)로부터 구동신호를 수신하는 제1통신부(160)가 추가로 내장된다.

상기 단말기(200)는 근거리 무선통신을 통해 상기 제1통신부(160)와 데이터 송수신을 하며 앞서 언급한 기능 확장을 지원하는 구성으로, 특별히 인터넷에 접속 가능한 스마트폰이나 스마트단말기로 이루어져, 원격의 서버를 통해서도 기능 지원이 이루어질 수 있으며, 내부 구성으로 제2통신부(210)와, 저장부(220)와, 변환부(230)와, 인터페이스부(240)와, 상황표출부(250)와, 제2제어부(260)를 구비하게 된다.

상기 제2통신부(210)는 상기 제1통신부(160)와 동일한 근거리 무선통신모듈로 이루어져 상호간에 데이터 통신이 이루어지게 된다.

상기 저장부(220)는 개발된 다양한 구동부 정보에 대응하는 뇌파 신호의 구동신호 변환정보가 저장되는 구성으로, 추가적으로 개발된 구동부에 대하여 제작사 측에서 테스트된 다양한 구동신호가 대응하는 뇌파 신호와 함께 저장된다.

상기 변환부(230)는 상기 제2통신부(210)에서 수신한 뇌파 신호 및 구동부 정보에 대응하는 변환정보를 상기 저장부에서 읽어 해당 변환정보를 통해 구동신호를 생성하는 구성으로, 상기 제1제어부(150)가 상기 단말기(200)와 근거리 무선통신을 통해 연결된 경우 상기 몸체(100)에 내장된 구동부(140)의 구동신호생성부(141) 기능이 정지되고 상기 변환부(230)를 통해 구동신호가 생성되어 구동수단(142)으로 인가된다.

상기 인터페이스부(240)는 단말기(200)의 입출력수단으로서, 스마트폰 또는 스마트 패드의 경우 터치스크린으로 이루어져 동작명령을 입력받고 각종 그래픽 신호를 출력하게 된다.

상기 상황표출부(250)는 상기 제2통신부(210)를 통해 수신된 증폭된 뇌파 신호를 이용하여 설정된 상황 아이콘이나 심벌을 통해 상기 인터페이스부(240)를 통해 표출하는 구성으로, 도 4 내지 5에서와같이 스크린으로 구성된 인터페이스부(240)를 통해 다양하게 표출되도록 하여 대상자의 집중상태를 직관적으로 알 수 있도록 한다.

상기 제2제어부(260)는 단말기의 MCU에 해당하는 구성으로, 기본적으로 상기 제2통신부(210)와 저장부(220)와 변환부(230)와 인터페이스부(240)와 상황표출부(250)를 제어하되, 특별히 상기 변환부(230)에서 생성된 구동신호를 상기 제2통신부(210)를 통해 송신하여 구동수단(142)으로 인가하게 된다.

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시 예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

100: 몸체 101: 체결부
102: 커넥터 103: 체결커버
110: 착용부 111: 측정부
120: 분석부 130: 출력부
140: 구동부 141: 구동신호생성부
142: 구동수단 143: 프로펠러
144: 스위칭부 145: 전력가변부
150: 제1제어부 160: 제1통신부
200: 단말기 210: 제2통신부
220: 저장부 230: 변환부
240: 인터페이스부 250: 상황표출부
260: 제2제어부

Claims (5)

1. 뇌파를 이용한 상태표출 시스템에 있어서,
   대상자의 머리에 착용하되, 사용자의 두피에 접촉하여 뇌파를 측정하는 측정부(111)를 구비한 착용부(110);
   측정된 뇌파를 분석하여 SMR파 성분을 추출하여 증폭시키는 분석부(120);
   상기 분석부(120)에서 증폭된 뇌파 신호를 시각적으로 출력하는 출력부(130);
   상기 분석부(120)에서 증폭된 뇌파 신호를 통해 구동신호를 생성하는 구동신호생성부(141)와, 구동모터로 이루어져 인가되는 구동신호를 통해 구동되는 구동수단(142) 및 상기 구동수단의 회전축 상에 설치되는 프로펠러(143)와, 인가되는 구동신호를 통해 상기 구동모터의 회전속도를 단계적으로 제어하는 스위칭부(144)를 구비하는 구동부(140);
   전원을 공급받아 상기 측정부(111)와 분석부(120)와 출력부(130)와 구동부(140)를 제어하는 제1제어부(150);
   상기 제1제어부(150)를 통해 제어되며 외부기기와 근거리 무선통신이 이루어지되 상기 분석부(120)에서 증폭된 뇌파 신호 및 상기 구동부(140) 정보를 송신하고 구동신호를 수신하는 제1통신부(160);
   상기 제1통신부(160)와 통신이 이루어지는 제2통신부(210)와, 다양한 구동부 정보에 대응하는 뇌파 신호의 구동신호 변환정보가 저장되는 저장부(220)와, 상기 제2통신부(210)에서 수신한 뇌파 신호 및 구동부 정보에 대응하는 변환정보를 상기 저장부(220)에서 읽어 해당 변환정보를 통해 구동신호를 생성하는 변환부(230)와, 상기 변환부(230)에서 생성된 구동신호를 상기 제2통신부(210)를 통해 송신하는 제2제어부(260)를 구비하는 단말기(200); 로 이루어지며,
   상기 착용부(110)에는 상기 분석부(120)와 출력부(130)와 제1제어부(150)와 제1통신부(160)가 내장되는 몸체(100)와, 상기 구동부(140)의 탈착이 이루어지는 체결부(101)가 구비되되,
   상기 체결부(101)는 상기 몸체(100)로부터 구동부(140)로 전원 및 구동신호를 인가하는 커넥터(102)와 스크루가 형성된 착용부(110)에 결합되는 스크루 캡으로 구성되는 체결커버(103)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 SMR파를 이용한 상태표출 시스템.
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