KR20170004650A - Mems를 이용한 손떨림보정 의류 - Google Patents

Abstract

본 발명은 일반 의류처럼 착용하고 벗을 수 있는 웨어러블 디바이스 형식의 MEMS를 이용한 손떨림보정 의류에 있어서, 착용자의 팔에 존재하는 근육들을 감싸며 몸통부까지 연장되도록 형성되는 테이핑 파트와, 상기 몸통부에 장착되어 상기 테이핑 파트를 제어하는 MEMS 센서 및 상기 테이핑 파트 내부에 배치되고 상기 MEMS 센서와 연결되어 상기 테이핑 파트가 둘러싼 근육의 진동을 감지하고 상기 MEMS 센서의 제어명령에 따라 진동하도록 형성되는 나노 섬유들을 포함하는 MEMS를 이용한 손떨림보정 의류를 제공한다.
이러한 본 발명에 따르면, 팔의 근육을 따라 어깨까지 연장되는 테이핑을 포함하여 팔에 분포된 근육들의 떨림을 보다 정밀하게 체크하고 압박할 수 있다. 또한, 테이핑의 내부에는 전자섬유 및 진동섬유(ZV shpaed)가 존재하여 근육의 세부 진동을 감지하고 근육의 진동을 상쇄시킬 수 있다.

Description

MEMS를 이용한 손떨림보정 의류{CLOTHES FOR CORRECTING ESSENTIAL TREMOR USING MICRO ELECTRO MECHANICAL SYSTEMS}

본 발명은 MEMS를 이용하여 근육의 떨림을 감지하고 이러한 떨림을 상쇄시킬 수 있는 떨림보정 의류에 관한 것이다.

파킨슨병은 뇌의 흑질(substantia nigra)에 분포하는 도파민의 신경세포가 점차 소실되어 발생하며 떨림, 경직, 운동완만(운동느림) 및 자세 불안정성이 특징적으로 나타나는 신경계의 만성 진행성 퇴행성 질환이다. 파킨슨병 환자는 60세 이상에서 인구의 약 1% 정도로 추정된다.

손떨림은 도 1에 도시된 것과 같이 펴는 근육과 구부리는 근육이 교대로 수축하는 과정에서 발생한다. 보다 구체적으로, 우리 몸의 관절에는 구부리는 근육과 펴는 근육이 붙어 있어 관절을 우리 마음대로 구부렸다 폈다 할 수 있다. 하지만, 구부리는 근육과 펴는 근육이 자신의 의지와 상관없이 교대로 수축하게 되는 경우가 발생하는 경우 떨림 혹은 진전이 나타나게 된다.

손떨림은 안정떨림과 활동떨림으로 구분된다.

안정떨림(rest tremor)의 경우 신체를 움직이지 않고 안정된 자세를 취하고 있을 때 떨림이 나타나고 움직임이 시작되거나 행동을 하게 되면 떨림이 사라진다. 안정떨림은 퇴행성 뇌질환인 파킨슨병의 특징적인 증상이며 윌슨병이나 약물 유발성 파킨슨증과 같은 다양한 질환에서 발생한다.

활동떨림은 절반 이상이 가족력에 의해 발생한다. 활동떨림은 모든 연령층에서 발병하지만 주로 노인들에게서 발생하기 때문에 노인성 수전증이라고도 불린다. 가만히 있을 때보다 손으로 무언가 하려고 할 때 특히 심하게 발생하게 된다.

이러한 손떨림(진전)은 정도에 따라 안정기 진전, 운동기 진전, 내적 진전으로 구분할 수 있다. 이 중 운동기 진전 단계에서는 컵으로 물을 마시거나 수저로 국을 떠먹을 때 등 행동을 취할 때 손떨림이 발생하여 생활에 불편을 겪게 된다.

종래에는 신체 진단 및 치료를 수행하는 의복(특허문헌 1)이나, 부상자의 재활 상태에 따라 근육과 인대를 보강하는 테이핑 타이즈(특허문헌 2) 등이 사용되었으나 이러한 기술들로는 파킨슨병에 의한 손떨림을 치료하거나 보정하는데 한계가 있었다.

대한민국 등록실용신안 20-0423283 대한민국 등록특허 10-1200852

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, MEMS를 이용하여 근육의 떨림을 감지하고 떨림과 반대되는 진동을 가해 손떨림을 상쇄시키는 손떨림보정 의류를 제공함에 목적이 있다.

전술한 본 발명의 목적은 착용자의 팔에 존재하는 근육들을 감싸며 몸통부까지 연장되도록 형성되는 테이핑 파트와, 상기 몸통부에 장착되어 상기 테이핑 파트를 제어하는 MEMS 센서와, 상기 테이핑 파트가 둘러싼 근육의 진동을 감지하고 상기 MEMS 센서의 제어명령에 따라 진동하도록 형성되는 나노 섬유들을 포함하며, 상기 나노 섬유들은 상기 테이핑 파트의 내부에 배치되고 상기 MEMS 센서와 연결되도록 형성되는 MEMS를 이용한 손떨림보정 의류를 제공함에 의해 달성될 수 있다.

본 발명의 바람직한 특징에 의하면, 상기 나노 섬유들은 상기 MEMS 센서로부터 전력을 공급받고 상기 근육의 진동을 감지하는 전자섬유와, 상기 MEMS 센서의 제어명령에 따라 진동을 가하는 진동섬유를 포함한다.

본 발명의 다른 바람직한 특징에 의하면, 상기 MEMS 센서의 제어명령은 상기 근육의 진동에 대응하는 반대 위상의 진동을 가하도록 형성된다.

본 발명의 또 다른 바람직한 특징에 의하면, 상기 테이핑 파트는 근육의 일측 경계를 따라 연장되는 제1 파트와 상기 근육의 타측 경계를 따라 연장되는 제2 파트를 포함한다.

본 발명의 또 다른 바람직한 특징에 의하면, 상기 테이핑 파트를 덮어 상기 테이핑 파트를 몸에 밀착시키는 컴프레션 파트를 더 포함한다.

본 발명의 또 다른 바람직한 특징에 의하면, 상기 테이핑 파트는 상기 컴프레션 파트의 내면에 결합되어 형성된다.

본 발명에 따른 MEMS를 이용한 손떨림보정 의류에 따르면, 팔의 근육을 따라 어깨까지 연장되는 테이핑을 포함하여 팔에 분포된 근육들의 떨림을 보다 정밀하게 체크하고 압박할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 MEMS를 이용한 손떨림보정 의류에 따르면, 테이핑의 내부에는 전자섬유 및 진동섬유(ZV shpaed)가 존재하여 근육의 세부 진동을 감지하고 근육의 진동을 상쇄시킬 수 있다.

도 1은 손떨림이 발생하는 원리를 설명하기 위한 개념도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 손떨림보정 의류의 테이핑 파트를 나타낸 개념도.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 손떨림보정 의류의 착용 상태를 나타낸 개념도.
도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 손떨림보정 의류에 장착되는 MEMS를 설명하기 위한 개념도.
도 4는 MEMS에 의한 손떨림보정을 설명하기 위한 개념도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 손떨림보정의 원리를 설명하기 위한 개념도.
도 5는 MEMS의 적용범위를 나타내는 개념도.

이하에서는 본 발명의 실시예에 관하여 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 이하에서 설명되는 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 쉽게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로 인해 본 발명의 보호범위가 한정되는 것을 의미하지는 않는다. 그리고 본 발명의 여러 실시예를 설명함에 있어서, 동일한 기술적 특징을 갖는 구성요소에 대하여는 동일한 도면부호를 사용하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 손떨림보정 의류(100)의 테이핑 파트(110)를 나타낸 개념도이다.

도 2를 참조하면, 손떨림보정 의류(100)는 착용자의 팔에 존재하는 근육들을 감싸는 테이핑 파트(110)를 포함한다.

테이핑 파트(110)는 근육의 길이 방향을 따라 연장되며 손떨림보정 의류(100)의 몸통부까지 연장되도록 형성될 수 있다. 테이핑 파트(110)는 각 근육의 경계를 감싸도록 형성될 수 있다.

예를 들어, 도시된 바와 같이 테이핑 파트(110)는 상위 요골근(위팔노근)의 일측 경계를 따라 연장되는 제1 파트(111)와 상위 요골근의 타측 경계를 따라 연장되는 제2 파트(112)를 포함할 수 있다. 또한, 테이핑 파트(110)는 손목을 둘러싸는 부분을 포함하여 손목을 통해 생기는 떨림을 줄이는 것이 가능하다. 손가락의 근육이 손목에 연결되어 한 다말로 묶여있기 때문에 손목을 통해 근육의 움직임을 정밀하게 체크할 수 있다.

테이핑 파트(110)는 고어텍스 소재에 근육을 잡아주는 컴프레션 효과를 배가하고 근육이 한도 이상으로 수축하는 것을 막아준다. 또한, 테이핑 파트(110)는 피부를 위로 들어올려 피부와 근육 사이의 공간을 넓혀 근막 안의 혈액을 증가시키고 림프액의 흐름을 촉진시킬 수 있으며 통증을 완화시킬 수도 있다. 이러한 효과는 근육의 수축과 이완을 보조하는 것으로 인간 본래의 생체반응을 돕는 것이기 때문에 부작용이 없다는 장점이 있다.

이러한 테이핑 파트(110)는 스판덱스 소재를 이용하여 몸의 근육을 잡아 밸런스를 유지시키며, 옷 위에 테이핑되어 근육을 보조하는것이 가능하다. 스판덱스 소재는 폴리에테르와 메틸렌디페닐이소시아네이트를 중합한 것으로 고무실의 약 3배의 강도를 가지며 원길이의 5~8배 늘어날 수 있다. 스판덱스 소재는 고무줄보다 가볍고 강하지만 강한 열을 가하면 섬유의 탄성이 변한다는 단점이 있다.

테이핑 파트(110)는 신체 부위별 압박을 통해 근육을 잡아주고 혈액순환에 방해가 되지 않는다.

도 2를 참조하면, 상위 요골근의 경계를 감싸는 파트들만이 도시되어 있으나 실제로는 각 근육들의 경계를 감싸는 파트들이 연결되어 테이핑 파트(110)를 형성한다. 테이핑 파트(110)는 팔목에서부터 몸통부까지 연결된다.

몸통부에는 MEMS(MICRO ELECTRO MECHANICAL SYSTEMS) 센서가 장착된다. MEMS 센서(200)는 테이핑 파트(110)의 진동을 감지하고 테이핑 파트(110)가 진동하도록 제어한다.

MEMS 센서(200)는 Micro Electro Mechanical System의 약자로 우리말로 표현한다면 초소형 전자기계 시스템이 된다. 일반적인 반도체 제조기술을 기반으로 한 미세가공(Micro Machining) 기술을 이용하여 다양한 전자기계 구조물들이 반도체 표면에 3차원 형태로 만들어지며, 이러한 구조물들은 감지(Sensing), 동작(Actuation), 조절(Control) 등 다양한 기능을 담당하게 된다.

MEMS 센서(200)는 나노 스케일의 초고속 고감도 센서로 외부 환경 모니터링을 위한 도구로 활용할 수 있으며 본 발명에서는 MEMS 센서(200)를 이용하여 근육의 미세한 진동을 감지하고 감지된 진동을 상쇄시킬 수 있도록 테이핑 파트(110)를 제어하도록 사용된다.

테이핑 파트(110)의 진동 감지와 진동 제어에 대해서는 이하에서 도 4를 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.

도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 손떨림보정 의류(100)의 착용 상태를 나타낸 개념도이고, 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 손떨림보정 의류(100)에 장착되는 MEMS를 설명하기 위한 개념도이다.

도 3a 및 도 3b를 참조하면, 손떨림보정 의류(100)는 일반 의류처럼 착용하고 벗을 수 있도록 형성되는 웨어러블 디바이스의 형태로 이루어질 수 있다.

트레머를 겪게 되면 팔까지 반동이 오게 되기 때문에 본 발명의 손떨림보정 의류(100)는 손뿐 아니라 팔까지 잡아줄 수 있는 범위로 제작된다.

본 발명의 손떨림보정 의류(100)는 팔 부위만을 감싸도록 형성될 수도 있고 몸통 전체를 감싸도록 형성될 수도 있다. 예를 들어, 손떨림보정 의류(100)는 팔토시와 같은 형태를 취할 수 있다. 이 경우 각 팔토시에 장착된 MEMS 센서(200)는 근거리 무선 통신이 가능하도록 형성되어 양 팔의 상태를 동시에 제어할 수 있다.

도시된 바에 따르면, MEMS 센서(200)는 손떨림보정 의류(100)의 몸통부에 장착될 수 있다. 하지만 다른 실시예에 따르면 MEMS 센서(200)는 손떨림보정 의류(100)의 어깨부나 팔부위에 장착될 수도 있다. 다만, MEMS 센서(200)가 어느 부위에 장착되든 테이핑 파트(110)는 MEMS 센서(200)까지 연장되어야 할 것이다.

손떨림보정 의류(100)는 컴프레션 파트(120)를 더 포함할 수 있다.

컴프레션 파트(120)는 직접적으로 피부에 닿는 부위이기 때문에 피부의 부담과 훼손을 최소화하고 통기성과 통수성이 높은 재질이 사용된다. 액체가 밖에서 안으로 들어가지는 못하나 안쪽의 땀이나 증기는 밖으로 내보내게 되어 사용자로 하여금 재질에 대한 부담을 줄인다. 또한, 컴프레션 파트(120)는 인체에 맞게 제작되어 소재의 탄력을 통해 근육을 잡아준다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 컴프레션 파트(120)의 내면에 테이핑 파트(110)가 형성될 수 있다. 이러한 구조에 따르면, 컴프레션 파트(120)가 테이핑 파트(110)를 압박하여 테이핑 파트(110)가 보다 근육에 밀착하여 근육의 진동을 감지할 수 있게 한다.

컴프레션 파트(120)는 매쉬 소재가 사용되어 피부와의 접촉면적을 줄여 마찰을 최소화 하고 피부의 부담을 줄일 수 있다.

도 4는 MEMS에 의한 손떨림보정을 설명하기 위한 개념도이다.

도 4를 참조하면, 손떨림보정 의류(100)는 컴프레션 파트(120)와 테이핑 파트(110)를 포함할 수 있다. 컴프레션 파트(120)와 테이핑 파트(110)는 서로 중첩되도록 형성될 수 있다.

손떨림보정 의류(100)는 나노 섬유로 제작되어 피부의 부담을 최소화하고 통기성과 통수성을 높인다.

또한, 테이핑 파트(110) 내부에 배치되는 나노 섬유에는 근육의 진동을 감지하는 전자섬유(114)와 근육에 진동을 가하는 진동섬유(116) 등이 포함될 수 있다.

테이핑 파트(110)에 배치되는 나노 섬유들은 MEMS 센서(200)와 전기적으로 연결된다. 다시 말해, 나노 섬유들은 MEMS 센서(200)로부터 테이핑 파트(110)의 내부를 지나 손떨림 의류의 구석까지 연장되어 미세한 근육의 진동에도 즉각적으로 반응할 수 있다.

전자섬유(114)는 MEMS 센서(200)에 장착되는 배터리로부터 전력을 공급받는다. 전자섬유(114)는 테이핑 파트(110)에 존재하는 진동감지 센서들에 전력을 전달한다. 또한, 다른 실시예에 따르면 전자섬유(114) 자체가 진동을 감지할 수 있는 센서의 역할을 수행할 수도 있다.

진동섬유(116)는 MEMS 센서(200)의 제어명령에 따라 근육에 진동을 전달한다.

MEMS 센서(200)의 제어명령은 ZV shaped 방식을 사용하여 손떨림을 방지하도록 형성될 수 있다. 다시 말해, 근육의 약화로 떨리는 손에 ZV 2M shaped를 이용하여 대상물의 진동에 대응하는 반대 위상의 진동을 부여하여 근육의 진동을 상쇄시켜 손떨림을 없앨 수 있다.

이러한 MEMS 센서(200)의 제어와 손떨림보정 의류(100)의 컴프레션 기능이 복합적으로 적용되어 근육의 컨디션을 최상으로 유지시키고 근육의 떨림을 줄일 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 손떨림보정의 원리를 설명하기 위한 개념도이고, 도 5는 MEMS의 적용범위를 나타내는 개념도이다.

본 발명에서는 MEMS를 이용하여 Input Shaping을 수행한다. Input Shaping 이란 시스템에서 진동을 없애는 하나의 방법으로 진동이 생기게 되면 똑같은 힘과 진폭의 반동을 주어 떨림을 상쇄하여 즉각적으로 움직임을 보정한다.

도 5에는 이러한 Input Shaping이 도시되어 있다.

도 5의 (a)에 따르면 첫 임펄스에 반응하여 발생된 진동(10)과, 두번째 임펄스에 반응하여 발생된 진동(20)이 도시되어 있다. 예를 들어, 본 발명에서는 첫번째 임펄스는 근육의 진동일 수 있고 두번째 임펄스는 MEMS 센서(200)에 의해 진동섬유(116)에 가해진 진동일 수 있다.

두번째 진동(20)은 첫번째 진동(10)과 반대 위상 및 동일한 감쇄율을 갖도록 형성된다. 반대 위상을 갖는 두 파동이 서로 중첩되면 상쇄가 일어난다.

도 5의 (b)를 참조하면, 이러한 상쇄가 일어났을 때 떨림이 사라지는 것을 확인할 수 있다.

도 6을 참조하면, ZV shaped가 존재하지 않을 때의 진동(a)과, ZV shaped가 존재할 때 보정된 진동(b)과, ZV shaped에도 불구하고 남아있는 잔존 진동을 없애기 위해 3차, 4차 ZV shaped를 가했을 때의 진동(c)이 도시되어 있다.

본 발명에 따른 손떨림보정 의류(100)에서는 이와 같이 MEMS에 의해 ZV shaped가 이루어져 손떨림이 제거된다.

이와 같이 손떨림보정 의류(100)에 의해 손떨림이 제거되는 과정은 다음과 같다.

먼저, 근육을 감싸고 있는 테이핑 파트(110)에서 근육의 이상 진동을 감지하게 된다. 근육의 이상 진동 여부를 판단하기 위해 MEMS의 제어부는 종래 팔의 움직임에 대한 데이터를 분석할 수 있다. 종래의 팔 운동 데이터 값에 비해 비정상적으로 진동의 주기가 짧아지거나 진폭이 변하는 경우 제어부는 손떨림 현상이 발생했다는 판단을 내린다.

팔 운동과 제어에 대한 데이터는 MEMS의 메모리부에 저장될 수 있다. 메모리부에는 종래 팔 운동에 대한 데이터, 손떨림 발생 빈도에 대한 데이터 등이 저장된다.

또한, MEMS는 통신부를 포함할 수 있다. 통신부는 메모리부에 저장된 데이터를 서버나 사용자 단말기로 전송할 수 있으며, 손떨림이 발생하였을 경우에는 손떨림 발생 정보를 서버나 사용자 단말기로 전송할 수 있다.

제어부에 의해 손떨림이 발생했다는 판단이 내려지면, 제어부는 테이핑 파트(110)에 진동 제어 명령을 내린다. 이 때 진동 제어 명령은 ZV shaped 방식에 의하여 결정된다. 다시 말해, 특정 근육에서 생기는 진동의 진폭, 위상 및 감쇄율을 판단하여 근육의 진폭, 감쇄율과 동일하고 위상은 반대인 진동을 수행하는 명령을 테이핑 파트(110)로 전달한다.

테이핑 파트(110)는 제어부의 명령에 근거하여 근육의 진동을 상쇄시키도록 구동된다. 이 때 테이핑 파트(110)의 각 부분들은 독립하여 구동될 수 있다. 예를 들어, 위팔노근을 감싸는 파트들과 위팔두갈래근을 감싸는 파트들이 각각 독립적으로 구동될 수 있다. 각 근육을 감싸는 부분들마다 독립적으로 구동되어 손떨림이 발생하는 근육 마다 구분하여 컨트롤 하는 것이 가능해진다.

본 발명에 따른 MEMS를 이용한 손떨림보정 의류(100)에 따르면, 팔의 근육을 따라 어깨까지 연장되는 테이핑을 포함하여 팔에 분포된 근육들의 떨림을 보다 정밀하게 체크하고 압박할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 MEMS를 이용한 손떨림보정 의류(100)에 따르면, 테이핑의 내부에는 전자섬유(114) 및 진동섬유(116)(ZV shpaed)가 존재하여 근육의 세부 진동을 감지하고 근육의 진동을 상쇄시킬 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 특허청구범위를 벗어남이 없이 다양하게 변형 실시할 수 있을 것으로 이해된다.

100 : 손떨림보정 의류 110 : 테이핑 파트
111 : 제1 파트 112 : 제2 파트
114 : 전자섬유 116 : 진동섬유
120 : 컴프레션 파트 200 : MEMS 센서

Claims (6)

1. 일반 의류처럼 착용하고 벗을 수 있는 웨어러블 디바이스 형식의 MEMS를 이용한 손떨림보정 의류에 있어서,
   착용자의 팔에 존재하는 근육들을 감싸며 몸통부까지 연장되도록 형성되는 테이핑 파트;
   상기 몸통부에 장착되어 상기 테이핑 파트를 제어하는 MEMS 센서; 및
   상기 테이핑 파트 내부에 배치되고 상기 MEMS 센서와 연결되어 상기 테이핑 파트가 둘러싼 근육의 진동을 감지하고 상기 MEMS 센서의 제어명령에 따라 진동하도록 형성되는 나노 섬유들을 포함하는 MEMS를 이용한 손떨림보정 의류.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 나노 섬유들은 상기 MEMS 센서로부터 전력을 공급받고 상기 근육의 진동을 감지하는 전자섬유와, 상기 MEMS 센서의 제어명령에 따라 진동을 가하는 진동섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 MEMS를 이용한 손떨림보정 의류.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 MEMS 센서의 제어명령은 상기 근육의 진동에 대응하는 반대 위상의 진동을 가하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 MEMS를 이용한 손떨림보정 의류.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 테이핑 파트는 근육의 일측 경계를 따라 연장되는 제1 파트와 상기 근육의 타측 경계를 따라 연장되는 제2 파트를 포함하는 것을 특징으로 하는 MEMS를 이용한 손떨림보정 의류.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 테이핑 파트를 덮어 상기 테이핑 파트를 몸에 밀착시키는 컴프레션 파트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 MEMS를 이용한 손떨림보정 의류.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 테이핑 파트는 상기 컴프레션 파트의 내면에 결합되어 형성되는 것을 특징으로 하는 MEMS를 이용한 손떨림보정 의류.

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