KR102419079B1 - 전도성 원사를 이용한 스마트 의류용 심전도 패치 - Google Patents

전도성 원사를 이용한 스마트 의류용 심전도 패치 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 스마트 의류용 심전도 패치는, 심전도 신호를 센싱하기 위하여 사용자에게 장착되며, 전도사, 비전도성 흡한속건사(洽汗速乾絲) 및 비전도성 항균사를 포함하는 환편 조직으로 심전도 신호를 센싱하는 패치부; 상기 패치센싱부와 전기적으로 연결되어 상기 센싱된 심전도 신호를 수신하여 가공하는 제어부 및 상기 제어부의 제어하에 상기 가공된 심전도 신호를 정보수집 장치로 무선전송하는 안테나부를 포함하는 제어부; 및 상기 제어부가 수납되고, 외부에 상기 패치부와 상기 제어부를 전기적으로 연결하기 위한 커넥팅부가 돌출되며, 전자파 차폐처리되어 상기 제어부에서 발생하는 전자파를 차단하는 파우치를 포함할 수 있다.

Description

전도성 원사를 이용한 스마트 의류용 심전도 패치{electrocardiogram measuring patch for smart clothes using conductive yarn}
본 발명은 심전도 패치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 스마트 의류에 장착되어 인간의 중요한 생체신호 중 하나인 심전도 신호를 측정할 수 있는 전도성 원사를 이용한 심전도 패치에 관한 것이다.
이미 의류에 장착되는 다양한 웨어러블 기기들이 대중화되어 있다. 이러한 웨어러블 기기들에는 배터리를 포함하여, 각종 센서 및 각종 인터페이싱 수단뿐만 아니라 무선통신모듈과 제어모듈 등이 포함될 수 있으며, 센서들 등에는 배터리로부터 전력이 공급되어야 하며 구성요소들 사이에 전력공급라인 및 데이터통신을 위한 통신라인이 구축되어 있는 구조를 갖는다.
최근에는 웨어러블 기기의 장착에 기초한 초기형 스마트 의류에 진보하여 의류를 이루는 직물을 이용하여 생체신호를 센싱하여 무선으로 송신하면서도, 착용감이 우수하고 안전하며 위생적인 스마트 의류용 패치 제품에 대한 연구개발 및 제품화가 활발하게 이루어지고 있다.
이에 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 스마트 의류의 일부를 구성하여 스마트 의류의 착용감을 저해하지 않으며, 착용자의 심전도를 정확하게 센싱할 수 있으며, 위생적인 스마트 의류용 심전도 패치를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 스마트 의류용 심전도 신호를 센싱하기 위하여 사용자에게 장착되며, 전도사, 비전도성 흡한속건사(洽汗速乾絲) 및 비전도성 항균사를 포함하는 환편 조직으로 심전도 신호를 센싱하는 패치부; 상기 패치부와 전기적으로 연결되어 상기 센싱된 심전도 신호를 수신하여 가공하는 제어부; 상기 제어부의 제어하에 상기 가공된 심전도 신호를 정보수집 장치로 무선전송하는 안테나부; 및 상기 제어부가 수납되고, 외부에 상기 패치부와 상기 제어부를 전기적으로 연결하기 위한 커넥팅부가 돌출되며, 전자파 차폐처리되어 상기 제어부에서 발생하는 전자파를 차단하는 파우치를 포함할 수 있다.
상기 안테나부는, 전도사를 포함하는 환편조직으로 상기 파우치 외부에 마련되어 상기 제어부와 연결되며, 소정의 안테나 형상으로 상기 스마트 의류의 일부를 구성할 수 있다.
상기 스마트 의류용 심전도 패치는, 전도사를 포함하는 환편조직으로 상기 파우치 외부에 마련되어 상기 제어부와 연결되고, 상기 스마트 의류의 일부를 구성하며, 양극과 음극을 구성하는 부분은 상기 스마트 의류의 일부를 구성하는 복수의 비전도성 일반사에 의하여 전기적으로 절연되는 것을 특징으로 하는, 배터리를 더 포함할 수 있다.
상기 배터리를 구성하는 전도사는, 고분자 전해질을 코팅하여 건조하여 제조되며, 표면으로부터 내부로 형성되어 있는 미세 홀들에 상기 고분자 전해질의 분해로 발생하는 전하가 저장됨으로써 전하충전 기능을 수행하는 전하충전용 전도사를 포함할 수 있다.
상기 배터리를 구성하는 전도사는, 상기 전하충전용 전도사와 함께 꼬여진 전하공급용 전도사를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 전하공급용 전도사는, 상기 전하충전용 전도사에 비하여 전도도가 높아 외부로부터 공급되는 전하를 상기 전하충전용 전도사로 공급하거나 상기 전하충전용 전도사로부터 전하를 공급받아 외부로 전달할 수 있다.
본 발명에 따른 스마트 의류용 전도성 편직물은 스마트 의류를 이루는 원단 자체로 착용자의 생체신호를 센싱할 수 있는 센서 및 스마트 기능을 수행하기 위 한 배터리를 구현하여 착용감이 우수하면서도 스마트 의류에 장착되는 장치 또는 부품을 최소화시킬 수 있는 효과를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 스마트 의류용 심전도 패치는 스마트 의류의 일부를 구성하여 스마트 의류의 착용감을 저해하지 않으면서도, 착용자의 심전도를 정확하게 센싱할 수 있다.
그리고 본 발명에 따른 스마트 의류용 심전도 패치는 흡한속건사와 항균사를 포함하고 있으므로 우수한 착용감을 제공하면서도 위생적인 장점을 가질 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 스마트 의류용 심전도 패치는 전자파를 발생할 수 있는 제어부가 전자파 차폐 처리된 파우치에 수납되어 전자파 피해를 최소화시킬 수 있다.
도 1 내지 도 3은 본 발명에 따른 스마트 의류용 심전도 패치(100)의 시제품을 나타낸다.
도 4는 본 발명에 따른 심전도 패치(100)의 블락도이다.
도 5는 본 발명에 따른 심전도 패치(100)가 장착된 스마트 의류(10)를 나타낸다.
도 6은 본 발명에 따른 심전도 패치(100)의 패치부(130)의 일부를 확대하여 나타낸 개념도이다.
도 7은 도 5에 도시된 심전도 패치(100)의 배터리부(140)의 구성도이다. 도 8은 도 5에 배터리부(140)의 음극에서의 동작원리를 설명하기 위한 개념도이다.
도 9는 본 발명에 따른 심전도 패치(100)를 이용하여 스마트 의류(10) 착용자의 심전도 신호를 센싱한 그래프를 나타낸다.
본 발명과 본 발명의 동작상 또는 기능상의 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, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낼 수 있다.
도 1 내지 도 3은 본 발명에 따른 스마트 의류용 심전도 패치(100)의 시제품을 나타낸다.
상기 심전도 패치(100)는 제어부(110), 파우치(120) 및 패치부(130)를 포함한다. 상기 제어부(110)는 상기 심전도 패치(100)의 동작을 전반적으로 제어할 수 있다. 상기 제어부(110)는 상기 패치부(130)와 전기적으로 연결되어 상기 패치부(130)에서 센싱된 심전도 신호를 가공하여 안테나부(미도시)를 통하여 정보수집 장치로 무선전송할 수 있다.
상기 정보수집장치는 스마트 의류 착용자의 건강을 관리하는 서버, 상기 착용자의 스마트폰, 착용자의 보호자의 단말기 등일 수 있다. 그리고 상기 심전도 패치(100)와 정보수집장치는 이동통신망이나 근거리 무선통신망으로 서로 연결될 수 있다.
상기 제어부(110)는 PCB위에 마련된 복수의 전기소자들을 포함하고 있어, 상기 심전도 패치(100)의 동작 과정에서 인체에 유해한 전자파를 발생할 수 있다.
상기 제어부(110)에서 발생하는 전자파가 인체에 영향을 미치는 것을 방지하기 위하여 상기 제어부(110)는 전자파 차폐처리된 파우치(120)에 수납되는 것이 바람직하다. 한편, 상기 파우치(120)의 외부에는 상기 패치부(130)와 상기 제어부(110)를 전기적으로 연결하기 위한 커넥팅부(121)가 마련될 수 있다.
도면에서는 상기 커넥팅부(121)는 숫 스냅버튼으로 구현되었으며, 상기 스냅버튼(121)은 상기 패치부(130)에 마련된 암 스냅버튼(131)과 결합될 수 있다. 한편, 상기 파우치(120)의 일면에는 상기 제어부(110)의 수납을 위한 벨크로 구조(122 및 123)가 마련되어 있다. 한편, 도면과 달리 상기 제어부(110)와 상기 패치부(130)의 연결은 암수커넥터, 납땜 등 다양한 방식에 의하여 이루어질 수도 있다.
상기 패치부(130)는 심전도 신호를 센싱하기 위하여 착용자에게 접촉되며, 전도사를 포함하는 환편조직일 수 있다. 그리고 상기 패치부(130)는 전도사 이외에도 착용감 및 위생성 향상을 위한 비전도성 흡한속건사 및 비전도성 항균사를 더 포함할 수 있다.
참고로, 도 1 내지 도 3을 참조하여 살펴본 심전도 패치(100)는 기본 구성과 구성요소들 간의 연결, 그리고 전자파 차단을 위한 파우치 수납 등을 설명하기 위하여 심전도 패치(100)만을 분리하여 제조한 것이다. 도 1 내지 도 3과 달리 본 발명에 따른 심전도 패치(100)는 스마트 의류에 장착되며 적어도 그 일부는 상기 스마트 의류를 구성할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 심전도 패치(100)의 블락도이고, 도 5는 본 발명에 따른 심전도 패치(100)가 장착된 스마트 의류(10)를 나타낸다. 도 6은 본 발명에 따른 심전도 패치(100)의 패치부(130)의 일부를 확대하여 나타낸 개념도이다.
상기 심전도 패치(100)는 도 1에 도시된 구성요소들에 더하여 배터리부(140) 및 안테나부(150)를 더 포함한다. 상기 배터리부(140)는 상기 심전도 패치(100)의 구성요소들로 전력을 공급할 수 있다. 상기 안테나부(150)는 외부와의 무선통신 기능을 지원할 수 있다.
도면에서는 상기 제어부(110)만이 상기 파우치(120) 내부에 수납되는 것으로 도시되었으나, 본 발명의 다른 구현예서는 상기 배터리부(140)와 안테나부(150)도 상기 파우치(120) 내부에 수납될 수도 있다.
상기 패치부(130)는 상기 스마트 의류(10)의 일부를 이루면서 착용자의 심전도 신호를 센싱하기 위한 착용자의 신체부위에 접촉된다. 이때, 상기 패치부(130)는 전도사가 80 중량% 내지 90 중량% 포함되고, 비전도성 흡한속건사(洽汗速乾絲)와 항균사를 포함하는 비전도성 일반사가 10% 내지 20% 포함된 환편 싱글 플레인 조직일 수 있다.
상기 전도사는 착용자의 심전도 신호에 의하여 발생하는 미세전류를 센싱하기 위하여 전도성을 갖는다. 상기 패치부(130)는 착용감을 높이기 위하여 위사 방향으로 고리가 형성되는 환편물 조직임이 바람직하다. 상기 패치부(130)는 착용자의 신체에 밀착되는데 유리하고 신축성을 부여하기 위하여 싱글 플레인 조직임이 바람직하다.
상기 패치부(130)에 전도사가 80% 중량% 이상 포함되는 이유는 착용자의 심전도 신호의 센싱감도의 향상을 위해서이다. 상기 패치부(130)에 흡한속건사가 포함되는 이유도 착용자의 땀을 빨리 흡수하여 증발시킴으로써 상기 패치부(130)의 센싱감도를 향상시키고 우수한 착용감을 제공하기 위함이다. 상기 패치부(130)에 항균사가 포함되는 이유는 착용자의 땀이나 오염물질 등에 의하여 세균이 증식하는 것을 방지하기 위함이다.
상기 배터리부(140)는 비전도성 일반사를 사이에 두고 양극과 음극 역할을 하되 전하충전 기능을 갖는 전도사를 교대로 배치하여 짜여진 환편 조직으로, 상기 제어부(110)로 전원공급라인(160)을 통하여 전력을 공급할 수 있다. 상기 배터리부(140)는 환편조직으로 상기 스마트 의류(10)의 일부를 구성할 수 있다. 그러나 본 발명의 다른 구현예에서 상기 배터리부(140)는 상기 제어부(110)의 PCB 상에 마련될 수도 있다.
상기 배터리부(140)를 구성하는 전도사는 고분자 전해질을 코팅하여 건조하여 제조되며, 표면으로부터 내부로 형성되어 있는 미세 홀들에 상기 고분자 전해질의 분해로 발생하는 전하가 저장됨으로써 전하충전 기능을 수행하는 전하충전용 전도사를 포함할 수 있다.
상기 전하충전용 전도사는 탄소와 같이 표면적이 큰 물질로 구현될 수 있으며, 표면으로 전기를 띤 이온(즉, 전하)을 끌어당긴다. 이때, 표면에 이온이 많이 달라 붙을수록 더 많은 전하충전이 가능하다.
상기 배터리부(140)를 구성하는 전도사는 상기 전하충전용 전도사와 함께 꼬여진 전하공급용 전도사를 포함할 수 있다. 상기 전하공급용 전도사는 상기 전하충전용 전도사에 비하여 전도도가 높아 외부로부터 공급되는 전하를 상기 전하충전용 전도사로 공급하거나 상기 전하충전용 전도사로부터 전하를 공급받아 외부로 전달할 수 있다.
상기 전하공급용 전도사는 구리나 스테인리스강 등 내부식성이 강한 금속으로 만든 금속사일 수 있다. 상기 전하공급용 전도사는 상기 전하충전용 전도사에 비하여 전기전도도가 높은데 이는, 상대적으로 전기전도도가 낮은 상기 전하충전용 전도사에 충전된 전하의 충전/방전 속도를 향상시키기 위함이다.
상기 전하충전용 전도사는 고분자 전해질을 코팅한 다음 건조과정을 거쳐 제조되기 때문에 상기 고분자 전해질이 상기 전하충전용 전도사 외부로 유출되지 않는 것을 특징으로 한다. 그리고 고체상태에서 분리막 역할도 함께 수행하여 양극과 음극이 달라붙어 과전류가 흐르는 것을 방지하는 역할도 할 수 있다.
상기 안테나부(150)는 상기 패치부(130)에 의하여 센싱되어 상기 제어부(110)에 의하여 가공된 심전도 신호를 외부의 정보수집 장치로 무선전송한다. 그러면 전송된 심전도 신호는 스마트폰, 노트북, 전용수신장치 등이 수신하여 생체신호에 기초하여 착용자의 신체상태를 분석하는데 이용될 수 있다.
상기 안테나부(150) 전도사를 포함하는 환편조직으로 상기 스마트 의류(10)의 일부를 구성하면서 소정의 안테나 형상을 가질 수 있다. 그러나 본 발명의 다른 구현예에서 상기 안테나부(150)는 상기 제어부(110)의 PCB 모듈에 장착될 수도 있다.
한편, 상기 제어부(110)는 파우치(120) 내에 수납되나 상기 안테나부(150)와 상기 배터리부(140)는 상기 파우치(120)의 외부에 마련되어 상기 스마트 의류(10)의 일부를 구성하는 하는데, 상기 배터리부(140)와 상기 안테나부(150)를 통해서는 전자파 발생 가능성이 낮기 때문이다. 그리고 상기 안테나부(150)와 상기 배터리부(140)가 상기 스마트 의류(10)의 일부를 구성하기 때문에, 상기 심전도 패치(100)의 소형화가 가능해진다.
도 7은 도 5에 도시된 심전도 패치(100)의 배터리부(140)의 구성도이다. 도 8은 도 5에 배터리부(140)의 음극에서의 동작원리를 설명하기 위한 개념도이다.
상기 배터리부(140)는 양극 및 음극 역학을 하되 전하충전기능을 갖는 전도사(141 및 142)와 그 사이에 배치되어 절연기능을 하는 복수의 일반사(143)로 구현될 수 있다.
상기 전도사(141 및 142) 각각은 전하충전용 전도사(141A 및 142A)와 전하공급용 전도사(141B 및 142B)로 구성된다. 앞서 살펴본 바와 같이, 상기 전하공급용 전도사(141B 및 142B)는 내부식성이 강한 금속사로 구현됨이 바람직하다.
도 8에 도시된 바와 같이, 상기 배터리부(140)의 음극 부분에서 상기 전하충전용 전도사(142A)에는 표면에서 몸체(142A-1) 내부로 형성된 미세 홀들(142A-2)이 형성되어 있다. 충전시에는 상기 미세 홀들(142A-2) 내부로 양전하를 띤 이온이 저장되며 방전시에는 상기 미세 홀들(142A-2) 내부에 저장된 이온이 방출되어 전류가 발생한다. 물론, 상기 미세 홀들(142A-2)은 고분자 전해질의 분해로 인하여 발생하는 이온들의 사이즈보다는 커야 한다. 상기 미세 홀들(142A-2)의 크기는 수 나노미터 이하인 것이 바람직하다.
도 9는 본 발명에 따른 심전도 패치(100)를 이용하여 스마트 의류(10) 착용자의 심전도 신호를 센싱한 그래프를 나타낸다.
도 9를 참조하면, 상기 심전도 패치(100)에 의하여 상기 스마트 의류(10) 착용자의 심전도 신호가 안정적으로 감지되는 것을 알 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
10: 스마트 의류 100: 심전도 센서
110: 제어부 120: 파우치
130: 패치부 140: 배터리부
150: 안테나부

Claims (5)

  1. 심전도 신호를 센싱하기 위하여 사용자에게 장착되며, 전도사, 비전도성 흡한속건사(洽汗速乾絲) 및 비전도성 항균사를 포함하는 환편 조직으로 심전도 신호를 센싱하는 패치부; 상기 패치부와 전기적으로 연결되어 상기 센싱된 심전도 신호를 수신하여 가공하는 제어부; 상기 제어부의 제어하에 상기 가공된 심전도 신호를 정보수집 장치로 무선전송하는 안테나부; 상기 제어부가 수납되고, 외부에 상기 패치부와 상기 제어부를 전기적으로 연결하기 위한 커넥팅부가 돌출되며, 전자파 차폐처리되어 상기 제어부에서 발생하는 전자파를 차단하는 파우치; 및 전도사를 포함하는 환편조직으로 상기 파우치 외부에 마련되어 상기 제어부와 연결되고, 스마트 의류의 일부를 구성하며, 양극과 음극을 구성하는 부분은 상기 스마트 의류의 일부를 구성하는 복수의 비전도성 일반사에 의하여 전기적으로 절연되는 배터리를 포함하며,
    상기 배터리를 구성하는 전도사는,
    고분자 전해질을 코팅하여 건조하여 제조되며, 표면으로부터 내부로 형성되어 있는 미세 홀들에 상기 고분자 전해질의 분해로 발생하는 전하가 저장됨으로써 전하충전 기능을 수행하는 전하충전용 전도사; 및 상기 전하충전용 전도사와 함께 꼬여진 금속사인 전하공급용 전도사를 포함하며,
    상기 전하공급용 전도사는,
    상기 전하충전용 전도사에 비하여 전도도가 높아 외부로부터 공급되는 전하를 상기 전하충전용 전도사로 공급하거나 상기 전하충전용 전도사로부터 전하를 공급받아 외부로 전달하는 것을 특징으로 하는, 스마트 의류용 심전도 패치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 안테나부는,
    전도사를 포함하는 환편조직으로 상기 파우치 외부에 마련되어 상기 제어부와 연결되며, 소정의 안테나 형상으로 상기 스마트 의류의 일부를 구성하는 것을 특징으로 하는, 스마트 의류용 심전도 패치.
  3. 삭제
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