KR102099322B1 - 동물용 생체이식센서 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 생체이식센서는, 동물의 체내에 이식가능하도록 소정의 캡슐 내에 장착되는 동물용 생체이식센서로서, 리더기에서 발생된 제1 주파수 대역의 무선신호에 의해 동조되며, 제1 코일안테나 및 제1 커패시터가 병렬로 연결된 제1 LC병렬회로부; 리더기에서 발생된 제2 주파수 대역의 무선신호에 의해 동조되며, 제2 코일안테나 및 제2 커패시터가 병렬로 연결된 제2 LC병렬회로부; 동물의 식별정보를 포함하는 ID칩; 동물의 생체정보를 감지하는 센서칩; 상기 제1 LC병렬회로부가 공진상태가 되면 상기 ID칩으로부터 상기 식별정보를 추출하여 상기 제1 코일안테나를 통해 상기 제1 주파수 대역의 무선신호를 반송하고, 상기 제2 LC병렬회로부가 공진상태가 되면 상기 센서칩으로부터 상기 생체정보룰 추출하여 상기 제2 코일안테나를 통해 상기 제2 주파수 대역의 무선신호를 반송하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

동물용 생체이식센서{IMPLANTABLE SENSOR FOR ANIMAL}

본 발명은 동물을 관리하기 위한 기술에 관한 것으로서, 더 자세하게는 동물의 체내에 이식하여 생체정보를 취득할 수 있는 동물용 생체이식센서에 관한 것이다.

최근 동물의 체온 등의 생체정보를 취득함으로써 동물을 효율적으로 관리하는 기술이 개발되고 있다. 특히, 여러 개체수의 가축을 개별적으로 관리하기 위하여, 가축의 피부 밑에 생체이식센서를 이식하여 체온 등의 생체정보를 측정하고, 별도의 리더기를 통해 생체이식센서가 측정한 생체정보를 취득함으로써, 가축의 발명여부, 발정시기, 질병감염여부 등을 진단하는 데 활용하고 있다. 종래의 생체이식센서는 쌀알크기의 배터리가 필요없는 수동형 RFID 온도센서를 측우의 피부 밑에 이식하고, 목걸이 형태의 리더기를 통해 축우의 체내 온도를 측정한다.

한편, 종래에 생체이식센서로 사용되는 수동형 RFID 태그는 개별 가축의 식별정보 및 생체정보를 약 125kHz 내지 약 135kHz의 주파수 범위, 특히 134.2kHz의 저주파대역을 이용하여 리더기와 통신한다. 가축의 체내에 이식되는 생체이식센서는 교체가 불가능하므로 수동형 RFID 태그를 이용해야 한다. 이때, 생체정보를 수시로 취득해야 하므로, 가축의 체내에 이식된 RFID 태그와 통신하는 리더기를 목걸이 형태로 가축에 설치한다.

현재 생체이식센서로 사용되는 RFID 태그는 가축의 식별정보에 대한 표준규약에 따라 134.2kHz의 저주파대역을 사용해야 하는데, 생체정보를 취득하기 위해서는 리더기가 RFID 태그와 수시로 통신해야 하므로 부득이 리더기의 전력소모가 커지게 된다. 가축의 목걸이로 장착되는 리더기는 대용량 전원을 구비하기 어려우므로, 소형 건전지를 사용할 수밖에 없는데, 만약 생체정보를 실시간으로 송수신하게 되면 리더기의 배터리를 수시로 교체해야 하는 번거로움이 발생한다. 종래의 목걸이형 리더기는 장치의 크기에 따라 달라지게 되나 일반적으로 약 1주일 정도 사용한 후에는 배터리를 교체 혹은 충전해야 한다. 이렇게 1주일 간격으로 모든 개체수의 목걸이에 장착된 배터리를 교체 또는 충전해야 한다면, 시스템 사용비용이 증가할 뿐만 아니라 그에 수반되는 인력이 증가하는 등 사용상의 불편함이 초래된다.
(특허문헌) 일본공개특허공보 특개2003-144417A (공개일 2003년5월20일)

본 발명의 목적은 생체이식센서를 이용하여 개체의 식별정보 및 생체정보를 수집함에 있어서, 생체이식센서에 의해 수집되는 동물의 생체정보를 실시간으로 송수신하더라도 리더기의 배터리 사용시간을 획기적으로 증가시킬 수 있는 저전력으로 구동 가능한 동물용 생체이식센서를 제공함에 있다.

본 발명에 따른 생체이식센서는, 동물의 체내에 이식가능하도록 소정의 캡슐 내에 장착되는 동물용 생체이식센서로서, 리더기에서 발생된 제1 주파수 대역의 무선신호에 의해 동조되며, 제1 코일안테나 및 제1 커패시터가 병렬로 연결된 제1 LC병렬회로부; 리더기에서 발생된 제2 주파수 대역의 무선신호에 의해 동조되며, 제2 코일안테나 및 제2 커패시터가 병렬로 연결된 제2 LC병렬회로부; 동물의 식별정보를 포함하는 ID칩; 동물의 생체정보를 감지하는 센서칩; 상기 제1 LC병렬회로부가 공진상태가 되면 상기 ID칩으로부터 상기 식별정보를 추출하여 상기 제1 코일안테나를 통해 상기 제1 주파수 대역의 무선신호를 반송하고, 상기 제2 LC병렬회로부가 공진상태가 되면 상기 센서칩으로부터 상기 생체정보를 추출하여 상기 제2 코일안테나를 통해 상기 제2 주파수 대역의 무선신호를 반송하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 제1 LC병렬회로부의 공진주파수는 134.2KHz이고, 상기 제2 LC병렬회로부의 공진주파수는 13.56MHz인 것을 특징으로 한다.

상기 생체정보는 동물의 체온정보인 것을 특징으로 한다.

상기 ID칩은 RFID칩인 것을 특징으로 한다.

상기 센서칩은 반도체 온도 센서인 것을 특징으로 한다.

다른 측면에서, 본 발명에 따른 동물용 생체이식센서는, 동물의 체내에 이식가능하고 내부에 중공이 마련된 생체적합성 캡슐, 상기 캡슐 내에 설치된 회로모듈, 페라이트 및 상기 페라이트에 서로 이격되어 권선된 제1 및 제2 코일안테나를 포함하여 구성될 수 있다.

여기서, 상기 회로모듈은, 상기 제1 코일안테나와 병렬로 연결되어 제1 공진주파수를 갖는 제1 LC병렬회로부를 구성하는 제1 커패시터; 상기 제2 코일안테나와 병렬로 연결되어 제2 공진주파수를 갖는 제2 LC병렬회로부를 구성하는 제2 커패시터; 동물의 식별정보가 저장된 ID칩; 동물의 생체정보를 감지하는 센서칩; 상기 제1 LC병렬회로부가 공진상태가 되면 상기 ID칩으로부터 상기 식별정보를 추출하여 상기 제1 코일안테나를 통해 무선신호를 반송하고, 상기 제2 LC병렬회로부가 공진상태가 되면 상기 센서칩으로부터 상기 생체정보를 추출하여 상기 제2 코일안테나를 통해 무선신호를 반송하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 제1 공진주파수는 134.2KHz이고, 상기 제2 공진주파수는 13.56MHz인 것을 특징으로 한다.

상기 생체정보는 동물의 체온정보인 것을 특징으로 한다.

상기 ID칩은 RFID칩인 것을 특징으로 한다.

상기 센서칩은 반도체 온도 센서인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 동물용 생체이식센서를 이용하면, 동물의 식별정보는 저주파대역인 134.2kHz의 주파수를 이용하여 무선정보를 송수신하고, 동물의 생체정보는 고주파대역인 13.56MHz의 주파수를 이용하여 무선정보를 송수신함으로써, 동물 개체마다 설치하는 리더기의 전력소모를 획기적으로 감소시켜 동물관리시스템의 운용비용 및 인력을 획기적으로 절감할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 생체이식센서를 통한 동물관리시스템의 일례를 도시한 개요도이다.
도 2는 본 발명에 따른 생체이식센서의 내부 구조를 설명하는 개요도이다.
도 3은 본 발명에 따른 생체이식센서의 회로 구성을 설명하는 개요도이다.

본 발명의 상세한 설명에 앞서, 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 불과할 뿐, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음을 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지의 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다.

본 발명의 과제 해결 수단의 특징 및 이점을 보다 명확히 하기 위하여, 첨부된 도면에 도시된 본 발명의 특정 실시예를 참조하여 본 발명을 더 상세하게 설명한다.

다만, 하기의 설명 및 첨부된 도면에서 본 발명의 요지를 흐릴 수 있는 공지 기능 또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, 도면 전체에 걸쳐 동일한 구성 요소들은 가능한 한 동일한 도면 부호로 나타내고 있음에 유의하여야 한다.

또한, 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하기 위해 사용하는 것으로, 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용될 뿐, 상기 구성요소들을 한정하기 위해 사용되지 않는다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다.

더하여, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급할 경우, 이는 논리적 또는 물리적으로 연결되거나, 접속될 수 있음을 의미한다. 다시 말해, 구성요소가 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속되어 있을 수 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있으며, 간접적으로 연결되거나 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

또한, 본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 기술되는 "포함 한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 또한, "일(a 또는 an)", "하나(one)", "그(the)" 및 유사어는 본 발명을 기술하는 문맥에 있어서(특히, 이하의 청구항의 문맥에서) 본 명세서에 달리 지시되거나 문맥에 의해 분명하게 반박되지 않는 한, 단수 및 복수 모두를 포함하는 의미로 사용될 수 있다.

특히, 본 발명은 주로 대규모의 축산 농가에서 관리하는 동물에 보다 유리하게 적용될 수 있지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진자라면 가정의 반려 동물에도 본 발명이 적용될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

먼저, 도 1에서 보듯이, 본 발명에 따른 동물용 생체이식센서(100)는 이식용 주입기(20)를 통해 동물(10)의 목 주변의 피부 밑에 이식된다. 아울러, 동물(10)의 목에는 목걸이 형태로 리더기(200)가 설치된다. 리더기(200)는 배터리에 의해 전원을 공급받아 구동되며, 이식된 생체이식센서(100)와 근거리 무선통신을 통해 정보를 송수신한다.

도 2를 참조하여, 본 발명에 따른 동물용 생체이식센서(100)를 살펴보면, 캡슐(150) 내에 배치된 페라이트(130)에 서로 간격을 두고 이격되어 제1 코일안테나(110) 및 제2 코일안테나(120)이 권선되어 있다. 아울러, 제1 및 제2 코일안테나(110, 120)는 회로모듈(140)에 연결된다.

캡슐(150)은 내부에 중공이 마련되며, 예컨대 유리와 같은 생체 적합성 재료(예를 들어, 소다-석회 규산염 유리와 같은 규산염 유리), 또는 생체 적합성 플라스틱으로 제조될 수 있다. 캡슐(150)은 생체이식센서(100)의 최외측 부분이므로, 그 내부에 수용되는 제1 및 제2 코일안테나(110, 120), 페라이트(130), 회로부(140)의 크기 및 형상에 따라 대응하는 크기 및 형상을 가질 수 있다. 생체이식센서(100)는 동물(10)의 피부 밑으로 이식되므로, 가급적 최소의 치수로 제조되는 것이 바람직하고, 대략 10mm 내지 20mm의 길이를 가진 원통형 형상으로 제조될 수 있다.

한편, 제1 및 제2 코일안테나(110, 120)는 페라이트(130)의 외주면을 감싸도록 권선된다. 제1 코일안테나(110) 및 제2 코일안테나(120)는 서로 분리되어 배치되며, 각각은 제1 주파수대역 및 제2 주파수대역에 대응하는 인덕턴스(L1, L2)를 갖도록 적절한 권선수로 감겨진다. 아울러, 제1 및 제2 코일안테나(110, 120)는 회로모듈(140)에 연결된다.

도 3을 참조하여 회로모듈(140)의 회로구성을 살펴보면 다음과 같다. 제1 커패시터(C1)은 제1 코일안테나(110)와 병렬로 연결되어 제1 LC병렬회로부(141)를 구성한다. 그리고, 제2 커패시터(C2)는 제2 코일안테나(120)와 병렬로 연결되어 제2 LC병렬회로부(142)를 구성한다.

ID칩(144)은, 동물의 개체에 따라 부여된 식별정보를 포함하며, 해당 식별정보가 미리 기록된 비휘발성 메모리를 포함할 수 있다. 또한, ID칩(144)은 프로그램에 의해 개체의 식별정보를 기록할 수도 있다. ID칩(144)은 무선주파수식별(Radio Frequency Identification)에 사용되는 RFID칩을 이용할 수 있다.

센서칩(145)은 동물의 생체정보를 감지한다. 예컨대, 센서칩(145)은, 동물의 체온 등과 같은 생체정보를 감지하는 센서로서, 이 분야에서 열려진 다양한 센서(체온센서, 혈당센서 등)를 이용할 수 있다. 예컨대, 센서칩(145)은 IC(Integraed Circuit)로 구성된 반도체 온도센서(Semiconductor Temperature Sensor)일 수 있다. 바람직하게, 센서칩(145)은 동물의 체내에서 다양한 생체정보를 수집한 후 이를 실시간으로 리더기(200)로 전송할 수 있다.

제어부(143)는 생체이식센서(100)의 동작 전체를 제어한다. 제어부(143) 및 상술한 다른 구성요소들은 별도의 부품으로 제작된 후, 기판(Board) 상에 설치되어 회로모듈(140)을 구성할 수 있다. 또한, 제어부(143), ID칩(144), 센서칩(145), 제1 커패시터(C1) 및 제2 커패시터(C2)는 하나의 IC칩으로 구성될 수도 있다.

이하에서는, 본 발명에 따른 생체이식센서(100) 및 리더기(200)의 동작을 도 3을 통해 더 상세히 설명한다.

관리하고자 하는 여러 개체들 각각에 부여된 식별정보는 ID칩(144)에 저장된다. 아울러, 센서칩(145)은 실시간으로 동물의 생체정보를 감지한다. 리더기(200)는 생체이식센서(100)가 이식된 부위에 근접하게 설치되며, 생체이식센서(100)로부터 동물의 식별정보 및 생체정보를 수신한다.

이때, 동물의 식별정보를 확인하기 위해서, 리더기(200)는 미리 정해진 제1 주파수대역의 무선신호(F1)를 방출하고, 이 무선신호(F1)에 대응하여 제1 코일안테나(110)에 유도기전력에 의해 전류가 흐르게 되고, 이 유도기전력에 의해 인덕턴스(L1) 및 제1 커패시터의 커패시턴스(C1)으로 구성되는 제1 LC병렬회로부(141)가 공진상태가 된다. 제1 LC병렬회로부(141)가 공진상태가 되면 ID칩(144)으로 흐르는 전류가 최대가 되며, 이 동작전류에 의해 제어부(143)가 ID칩(144)을 구동하여 그에 저장된 식별정보를 추출한다. 그후, 제어부(143)는 추출된 식별정보를 제1 코일안테나(110)를 통해 제1 주파수대역(F1)의 무선신호를 리더기(200)로 반송한다.

한편, 동물의 생체정보를 확인하기 위해서, 리더기(200)는 미리 정해진 제2 주파수대역의 무선신호(F2)를 방출하고, 이 무선신호(F2)에 대응하여 제2 코일안테나(120)에 유도기전력에 의해 전류가 흐르게 되고, 이 유도기전력에 의해 인덕턴스(L2) 및 제2 커패시터의 커패시턴스(C2)으로 구성되는 제2 LC병렬회로부(142)가 공진상태가 된다. 제2 LC병렬회로부(142)가 공진상태가 되면 센서칩(145)으로 흐르는 전류가 최대가 되며, 이 동작전류에 의해 제어부(143)가 센서칩(145)을 구동하여 그에 의해 감지된 생체정보를 추출한다. 그후, 제어부(143)는 추출된 생체정보를 제2 코일안테나(120)를 통해 제2 주파수대역(F2)의 무선신호를 리더기(200)로 반송한다.

여기서, 제1 주파수대역은 저주파대역을 사용하고, 제2 주파수대역은 고주파대역을 사용한다. 생체이식센서(100)가 이식되면, 리더기(200)는 대응하는 개체의 식별정보를 제1 주파수대역을 통해 확인한다. 그 후, 리더기(200)는 생체이식센서(100)가 감지하는 다양한 생체정보를 제2 주파수대역을 통해 확인한다. 해당 개체에 생체이식센서(100)가 이식되면 리더기(200)를 통해 간헐적으로 개체의 식별정보를 확인하면 된다. 그러나, 개체의 생체정보는 실시간 또는 일정한 시간간격을 두고 지속적으로 확인해야 한다. 만약 생체정보를 감지하기 위해 저주파대역의 주파수를 이용한다면, 리더기(200)의 전력소모가 커져서 리더기(200)의 배터리를 계속하여 교체해야 한다. 따라서, 본 발명에 따르면, 생체정보를 수집하는 경우에 저전력으로 구동 가능한 고주파대역의 주파수를 이용할 수 있으므로, 리더기(200)의 전력소모를 획기적으로 줄일 수 있다. 바람직하게는, 제1 주파수대역을 이용하는 제1 LC병렬회로부(141)의 공진주파수는 134.2kHz이고, 제2 주파수대역을 이용하는 제2 LC병렬회로부(142)의 공진주파수는 13.56MHz이다. 일반적인 동물용 RFID에 사용되는 134.2kHz FDX-8 방식의 전송속도는 4193.75bps이다. 반면에, 13.56MHz NFC 방식의 전속속도는 106/212/424Kbps이므로, 134.2kHz에 비해 최대 100배 이상 빠르다. 따라서, 고주파대역인 13.56MHz의 주파수를 이용하면 생체이식센서(100)로부터 생체정보를 실시간으로 수집하더라도 리더기(200)의 전력소모를 줄일 수 있으며, 종래의 생체이식센서에 비해 배터리 수명을 약 100배 정도 향상시킬 수 있다.

본 기술한 설명은 본 발명의 최상의 모드를 제시하고 있으며, 본 발명을 설명하기 위하여, 그리고 당업자가 본 발명을 제작 및 이용할 수 있도록 하기 위한 예를 제공하고 있다. 이렇게 작성된 명세서는 그 제시된 구체적인 용어에 본 발명을 제한하는 것이 아니다. 따라서 상술한 예를 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하였지만, 당업자라면 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서도 본 예들에 대한 개조, 변경 및 변형을 가할 수 있다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위에 의해 정하여져야 한다.

Claims (10)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 동물의 체내에 이식가능하고 내부에 중공이 마련된 생체적합성 캡슐, 상기 캡슐 내에 설치된 회로모듈, 페라이트 및 상기 페라이트에 서로 이격되어 권선된 제1 및 제2 코일안테나를 포함하고,
   상기 회로모듈은,
   상기 제1 코일안테나와 병렬로 연결되어 제1 공진주파수를 갖는 제1 LC병렬회로부를 구성하는 제1 커패시터;
   상기 제2 코일안테나와 병렬로 연결되어 제2 공진주파수를 갖는 제2 LC병렬회로부를 구성하는 제2 커패시터;
   동물의 식별정보가 저장된 ID칩;
   동물의 생체정보를 감지하는 센서칩;
   상기 제1 LC병렬회로부가 공진상태가 되면 상기 ID칩으로부터 상기 식별정보를 추출하여 상기 제1 코일안테나를 통해 무선신호를 반송하고, 상기 제2 LC병렬회로부가 공진상태가 되면 상기 센서칩으로부터 상기 생체정보를 추출하여 상기 제2 코일안테나를 통해 무선신호를 반송하는 제어부;를 포함하고,
   상기 제1 공진주파수는 134.2KHz이고, 상기 제2 공진주파수는 13.56MHz인 것을 특징으로 하는, 동물용 생체이식센서.
   
7. 삭제
8. 제 6 항에 있어서,
   상기 생체정보는 동물의 체온정보인 것을 특징으로 하는, 동물용 생체이식센서.
   
9. 제 6 항에 있어서,
   상기 ID칩은 RFID칩인 것을 특징으로 하는, 동물용 생체이식센서.
   
10. 제 6 항에 있어서,
    상기 센서칩은 반도체 온도 센서인 것을 특징으로 하는, 동물용 생체이식센서.

Images