KR20170020478A - 스마트 베개 - Google Patents

Abstract

본 발명은 베개를 사용한 수면에 관한 것으로, 구체적으로는 유저의 수면 기간중에 유저의 생리적 특징에 관한 데이터와 현재 수면상태를 감지하고 통신하는 다수의 센서들을 여러 구역에 갖춘 베개에 관한 것이다. 이런 데이터를 전자 메모리에서 순차적으로나 실시간으로 검토하여 유저의 현재 건강상태를 판단하고, 소프트웨어가 이런 데이터를 이용해 적절할 때 알람을 울려 유저를 깨운다.

Description

스마트 베개{SMART PILLOW}

본 발명은 베개를 사용한 수면에 관한 것으로, 구체적으로는 유저의 수면 기간중에 유저의 생리적 특징에 관한 데이터와 현재 수면상태를 감지하고 통신하는 다수의 센서들을 여러 구역에 갖춘 베개에 관한 것이다. 이런 데이터를 전자 메모리에서 순차적으로나 실시간으로 검토하여 유저의 현재 건강상태를 판단하고, 소프트웨어가 이런 데이터를 이용해 적절할 때 알람을 울려 유저를 깨운다.

대개 베개는 위아래 표면을 가장자리를 따라 재봉질하고 내부를 뭔가로 채운 것이다. 이렇게 하나로 재봉질된 이음매로 인해 윗면과 아랫면이 원주변에 위치한 이음매를 향해 기울어지게 된다. 이런 기울어짐은 윗면과 아랫면으로부터 이음매를 향해 중간 구간에서 베개의 가장 넓은 지점으로부터 어느정도 원호를 이룬다.

이런 베개는 침대를 사용하는 거의 모든 유저들이 사용하고, 유저저가 자거나 깨있는 동안유저의 머리에 닿아있는 것이 보통이다. 그 결과, 유저의 다른 신체부위가 침대의 다른 부분에서는 위치를 계속 바꾸거나 움직이는데 반해, 유저의 머리는 항상 베개에 닿아있게 된다. 이때 보통 머리의 3면이 베개의 3 구간에 접하게 되고, 이때 센서를 이용해 유저의 신체 위치를 관련시킬 수 있다.

그러나, 대부분의 기존의 베개는 유저를 편안하게 하는 형상, 윤곽, 크기 및 홈에만 관심을 두었다. 예컨대, 유저의 목 받침대와 유저의 목을 똑바로 지지하도록 머리를 제끼는 방식을 제공하는 베개가 많았다. 유저의 어깨를 적절히 위치시키기 위한 가장자리 공간을 베개 측면부에 두는 베개도 있다. 발포제, 귀리, 쌀, 솜털 등의 재료로 만든 베개도 있다.

그러나, 베개의 여러 구간에 센서를 설치하여 유저에 관한 실시간 데이터를 수집하는 베개는 지금까지는 없었다. 이런 실시간 데이터를 컴퓨팅소자에서 작동하는 소프트웨어가 이용하여 유저의 수면을 관리하고 적절한 시간에 유저를 깨우는 수단을 제공한다.

베개의 여러 구간에 있는 다수의 센서들로부터의 데이터를 컴퓨팅소자의 소프트웨어에 적용하여 유저의 위치와 건강과 신체기능들을 결정하는 베개는 지금까지는 없었다. 또, 이런 센서들의 데이터를 수집하고 유저나 의료관계자에게 제공해 수면중의 증상을 나타내는 건강상태를 감지하고 장시간 수면에 관한 데이터를 제공하는 베개도 없었다.

이때문에, 수면중인 유저를 관리하는 소자들을 갖춘 베개가 필요하다. 이런 베개장치는 유저의 머리 가까이에 유저의 생리적 특징들에 관한 데이터를 캡처하고 보내기위한 다수의 센서드을 구비하고 있고, 이런 센서들은 유저의 현재 수면상태는 물론 일반적이거나 특정한 건강문제에관한 데이터를 결정한다. 이런 장치와 방법을 위해서는 다수의 센서를 이용해야 하고, 각각의 센서는 수면중인 유저의 신체생리적 상태나 동작이나 위치에 관한 각각의 데이터를 감지한다.

이런 시스템은 수집된 데이터를 유선이나 무선으로 컴퓨팅소자에 전자적으로 보내고 실시간으로 전자 메모리에 저장한다. 메모리에 저장된 센서의 데이터를 이용해, 소프트웨어는 현재 수면상태를 결정할 수 있다. 이런 소프트웨어는 전자적으로 저장되고 수집된 데이터를 수면중에 보이는 잠재적 건강문제와 연계할 수도 있다. 예컨대, 마이크로폰으로 호흡 중단을 감지할 수 있다. 중단 시간을 이용해 수면무호흡을 확인할 수 있다.

또, 이런 시스템은 소프트웨어나 전자통신 수단을 이용해 캡처한 데이터를 메모리에 저장했다가, 의료 진단에 사용하거나 수면습관과 건강상태를 유저에게 알려줄 수도 있다.

끝으로, 항상 베개에 접하고 있는 머리와 목 부분에서 수집한 데이터를 이용해 건강문제를 판단하는 외에도, 시스템이 여러 센서들로부터의 실시간 스트리밍 데이터를 이용해 현재 수면상태를 판단하고, 깨우기에 가장 적장하다고 계산된 시간에 유저를 기상시킬 수도 있다.

발명의 요약

이상 설명한 장치는 위의 목적 달성을 위해 다수의 감지소자들을 여러 구간에 배치한 베개를 제공하는데, 이런 센서들은 신체 동작, 상태, 위치를 나타내는 데이터 스트림과 다른 데이터를 감지하고 통신한다. 신체정보, 온도, 소리, 기타 다른 변화나 행위에 관한 이런 데이터를 이용해 컴퓨팅소자에서 작동하는 소프트웨어가 유저에게 건강정보를 제공하고 수면상태 정보를 계산하며 적절한 알람을 제공한다.

미국이나 다른 서구 문화에서 수면에 대한 관심이 높고 밤에 8시간 수면할 것을 권하고 있지만, 사람에 따라서는 이런 장시간 수면을 취할 수 없는 경우도 많다. 결과적으로, 야간이 수면 사이클을 구분하는 것이 많은 사람에게 아주 중요할 수 있다.

최근 몇년간의 연구에 의하면, 최소의 수면 후에도 상쾌하게 깨어나려면, 선잠 사이클 주기 동안의 실제 각성상태가 유리하다고 한다. 연구에 의하면, 선잠 주기 동안의 이런 각성상태가 낮동안에 좀더 많은 에너지를 주고 정신을 맑게한다고 한다.

몸과 마음은 수면동안 여러 레벨의 수면을 경험한다. 연구에 의하면, 사람은 거의 움직임이 없는 REM(Rapid Eye Movement) 수면, 좀더 빠른 호흡상태, 신체와 머리가 움직이는 경고상태, REM이 전혀 없는 상태를 포함한 여러 수면사이클을 겪는다. REM 수면은 거의 90분 간격으로 일어나고, 고주파 EEG 활동, 급속안구운동, REM 수면 근육이완 및 고조된 자율신경활동이 일어난다. 대부분의 사람들에게는 하룻밤에 이런 여러가지 사이클이 4~5회 정도 순차적으로 일어난다.

정상적인 사람이 수면상태로 신속하게 바뀌는 일반적인 야간 수면을 SWS(slow wave sleep)라고 하는데, 이는 저주파 뇌전도(EEG; electroenceogakigram) 활동을 보인다. 대략 90분 간격으로 선잠이 들고 REM 수면으로 알려진 수면상태가 시작된다. REM 수면은 고주파 EEG 활동, 급속안구운동, 골격근 무긴장증 및 고조된 자율신경활동을 특징으로 한다.

선잠 단계에서는 뇌가 깊은 수면으로의 차단 과정을 시작한다. 대부분의 사람들은 이때 졸린 것을 느낀다고 한다. 이런 선잠 사이클 동안, 수면자는 소음이나 다른 생각만으로도 쉽게 깰 수 있다. 이런 첫번째 단계 이후의 두번째 단계인 좀더 깊은 수면에서는 몸과 머리가 침대와 베개에서 여전히 움직이기는해도 뇌는 깊은 수면 사이클을 향해 움직이기 시작한다.

이런 깊은 수면 사이클 동안, 신체의 동작과 활동은 두번째인 하위상태로 움직여, 신체 내부활동은 줄어들고 두뇌 활동은 아주 높아진다.

세번째 수면 사이클에서 REM 수면이 60~90분간 일어난다. 이 상태는 가장 깊은 수면 상태로서 몸은 두뇌에 의한 움직임을 거의 멈추는 반면 안구는 급속히 움직인다. 호흡수도 동시에 증가한다. 이런 REM 단계에서는 수면자가 꿈을 꾸고 깨우기가 아주 어려우며, 깨어나도 방향감각이 없고 피로감을 느끼는 것이 보통이다.

이때문에, 종래의 시스템에서처럼 유선으로 연결되지 않은 수면중인 유저가 수면 초기단계와 선잠 단계 동안은 물론 REM 수면 동안의 신체의 여러가지 생리적 특징들에 관한 데이터를 감시하고 컨트롤러의 메모리에 저장할 수 있으면 바람직할 것이다. 이런 시스템에 의해, 유저는 베개위에서의 소리와 동작과 심박수와 위치에 관한 데이터를 검토하여 잠들지 못하는 원인을 확인할 수 있다.

또, 베개에 있는 센서들로부터 수집된 수면자의 생리적 특징에 관한 데이터를 추적하여, 시스템이 컨트롤러의 메모리에 여러 데이터 스트림들을 입력하고, 계산된 선잠 사이클 동안 유저를 깨우는 기상시간을 확인할 수 있는데, 깊은 잠을 드는데 방해할 것같은 시간에 알람을 설정한다. 최적의 기상시간을 설정하는 이런 시스템은 유저가 설정한 알람 시간을 고려하여 기상을 하도록 하고, 캡처된 센서 데이터를 이용해 알람시간 전에 유저를 깨우기에 적당한 시간을 계산하여, REM 수면중에 깨어나서 생기는 전술한 문제점들을 피하도록 한다.

센서의 데이터를 추적하는 임무를 하고 컴퓨팅소자에서 작동하는 소프트웨어를 운용하는 이런 시스템은 수면자의 여러 신체기능과 위치상태에 관한 전자 데이터를 받아 깨기 전의 현재 수면상태를 확인해야 한다.

베개에 위치한 다수의 센서들을 이용해 베개에서의 수면자의 위치가 아닌 수면자의 생리적 특징들에 관한 데이터를 수집한다. 베개의 3 구간에 있는 센서들을 이용해 수면자의 위치를 연속적으로 확인하고 각 구간의 센서들을 위치해 필요한 전자 데이터를 수집한다.

유저나 수면자의 생리적 특징에 관해 캡처한 전자데이터를 위한 다수의 센서들을 이용해, 본 발명의 장치와 방법은 각 센서로부터 수집한 수면자의 현재와 과거 움직임과 현재의 머리위치와 소리와 온도와 최종 움직임부터의 시간에 관한 데이터스트림을 수집한다.

예컨대, 옆으로 자는 수면자는 일반적으로 얼굴 옆면을 베개 옆부분에 대고, 한쪽 어깨가 매트리스에 접하게 된다. 따라서, 베개 각 구간의 센서들로 옆으로 자는 수면자의 현 위치를 구분할 수 있고, 감지된 소리, 온도, 근접도, 머리 무게를 감지하는 압력센서, 베개의 안에 위치하는 다른 센서들을 이용해 현위치를 확인할 수 있다.

이런 측면자세 외에, 대부분의 수면자들의 세번째 위치에서는 머리를 똑바로 베개 중앙에 대고 등과 양 어깨를 매트리스에 대고 잔다. 측면자세와 마찬가지로, 등을 대고 자는 수면자의 수면시간은 전술한 센서를 이용해 뒷머리 중앙이 베개 중앙부에 접하는 시간으로 대략 계산할 수있다.

REM 수면의 주요소는 수면자의 신체가 움직임이 없거나 적고 급속안구운동이 있는 것이므로, 베개 위에서의 머리의 위치와 동작을 감지하는 센서들의 데이터를 이용해 컴퓨팅소자에서 작동하는 소프트웨어로 수면자의 REM 주기의 횟수와 기간을 결정할 수 있는데, 이때 소프트웨어는 움직임이 없을 때의 동작과 주기와 시간을 추적한다. 이런 동작에 관한 데이터를 이용해 소프트웨어는 동작값에서의 최소나 무 동작 횟수를 결정하여, 특히 다른 센서 데이터와 조합했을 때 REM 수면을 확인할 수 있다.

또, 마이크로폰으로 급한 호흡을 구분할 수 있고, 머리의 온도변화는 온도계로 감지할 수 있는데, 이들 데이터 두가지 모두 수면패턴을 추적하고 REM 주기와 선잠 주기를 결정하는데 이용되는 소프트웨어에 의해 사용되는 데이터이다.

또, 가속도계와 같은 센서는 베개의 움직임과 수면자가 움직이는지 여부를 통해 실제 동작의 속도를 구분할 수 있다. 데이터는 모든 센서에서 스마트폰이나 패드 컴퓨터와 같은 컴퓨팅기기로 전송된다음 메모리에 저장되었다가 실시간으로나 순차적으로 처리될 수 있는데, 이를 처리하는 소프트웨어는 수면자의 현재와 과거 동작 주기와 현재 수면 사이클을 결정할 수 있다.

이런 소프트웨어는 통계자료나 메모리에 저장된 데이터베이스를 이용해 요청된 기상시간에 가장 가까운 선잠 사이클을 계산한다. 유저를 깨울 기상시간이 확인되면, 시스템은 서서히 밝아지는 실내등과 같은 알람 수단을 이용해 유저를 깨우기 시작하고, 밝아진 뒤에 스피커 소리가 점점 커지도록 할 수 있다.

베개의 여러 구간에 위치한 센서들의 데이터 스트림을 이용해, 유저는 잠에 빠지는 시간을 추적하고, 깊은 수면이나 REM 수면에 있지 않은 계산된 기상시간에 알람이 작동하도록 한다. 또, 빛이나 소리가 서서히 커지도록 하여 수면자가 놀라지 않도록 한다. 이때문에 유저는 좀더 활기차고 맑은 정신으로 새날을 맞을 수 있다.

도 1은 베개의 3 구간에 센서들이 배치된 상태의 평면도;
도 2는 도 1의 베개의 측면도;
도 3은 도 1의 베개에 커버를 씌운 상태의 사시도;
도 4는 트랜시버와 컨트롤러와 알람을 유무선으로 연결하는 관계를 나타낸 블록도.

도 1은 베개(12)의 본체 안에 다수의 센서들을 설치하여 베개를 움직이는 유저의 동작과 온도와 소음과 신체 기능들을 감지하는 장치(10)의 한가지 모드를 보여주는 평면도이다. 이런 센서들은 음성센서(39), 온도센서(29), 근접센서, 무게나 압축 센서(28), 동작센서(26)들을 포함한다.

다수의 센서들은 컴퓨터에 직접 연결되거나, 전용 소프트웨어를 운용하는 메모리와 컴퓨팅소자를 갖춘 컨트롤러(15)와 센서 사이에 데이터를 전달하는 무선 트랜시버를 이용하거나, 스마트폰이나 패드 컴퓨터와 같은 유무선 통신기의 센서들에 연결된다.

컨트롤러(15)는 베개(12)의 각 구역에 있는 센서 각각으로부터의 데이터를 저장하는 전자 메모리와 컴퓨팅소자를 갖는다. 컨트롤러(15)의 컴퓨팅소자의 메모리에 각각의 센서로부터의 데이터를 이용하는 소프트웨어가 있어, 유저의 동작과 위치와 사용기간, 베개(12) 각 구역의 동작과 온도, 유저의 호흡 소리, 호흡 소리로부터의 호흡수 등을 확인하고, 유저의 수면사이클에서의 현재 상태에 관한 현재 수면도의 계산을 하는 알고리즘을 채택한다. 이런 알고리즘은, 확인된 호흡값과 동작값과 온도값을 단순히 합치거나, 곱하거나, 최종 합이나 곱을 계산할 때 각각의 가중치를 두어 수면도를 구한다.

샘플링 시간 동안 현재의 유저 동작을 이용한 계산과, 호흡수과 그 신호패턴에서의 소리 패턴에 의한 호흡값이 경험칙상 수면도를 결정하는 주요 2 인자임이 밝혀졌다. 현재의 동작값과 호흡값은 1분 내지 10분 정도의 시간 동안 각각의 동작센서로부터 오는 데이터에서 확인된 각각의 동작값과, 마이크로폰(30)에서 오는 소리의 신호패턴을 의미한다. 온도와 같은 값은 같은 시간 동안 동시에 작동하는 온도센서(29)의 데이터로 확인된다. 샘플링 시간 동안 동시에 구한 확인된 동작값과 호흡값과 온도값이나 다른 센서의 값들은 현재 수명도를 계산하는데 이용될 수도 있다.

유저가 뒤척이고 팔다리를 움직여 침대와 베개를 움직이게 하고 이런 움직임이 가속도계나 다른 동작센서(26)에 의해 감지되는 선잠이 들었을 때와는 달리 REM 수면중에는 신체의 움직임이 거의 멈추거나 상당히 줄어든다고 알려져있다. REM 동안에는 호흡수도 규칙적인 수면중의 호흡수보다 높고 선잠중의 호흡수와도 다른 리듬으로 일어난다고 알려졌다.

베개(12)의 각 구간에 있는 적어도 하나의 마이크로폰(30)에서 구한 데이터를 이용해, 전술한 시간 동안의 호흡수와 주파수로부터 현재의 호흡값을 계산할 수 있다.

또, 베개(12) 각 구역에 있는 가속도계와 같은 동작센서(26)나 무게 또는 압력센서(28)를 이용해, 계산에 사용된 마이크로폰(30)이나 다른 센서와 같은 시간에 걸쳐, 컨트롤러(15)의 컴퓨터에서 돌아가는 소프트웨어에 의해 동작값을 확인할 수도 있다. 예컨대, 베개 각 부분의 압력센서(28)가 이 시간 동안의 무게를 나타내는 횟수는 이 시간동안 유저의 머리가 몇번이나 움직였는지를 보여준다.

컨트롤러(15)의 컴퓨터에서 돌아가는 소프트웨어에 의해 호흡값이 추가될 수 있는데, 소프트웨어는 유저의 호흡에서 캡처한 소리의 주파수와 톤 레벨을 선잠, 중간잠, REM 수면에 관련되어 메모리에 저장된 데이터페이스내의 기존의 호흡값들에 관한 공지의 톤레벨과 호흡 주파수와 리듬과 비교한다. 측정 시간 동안 마이크로폰(30)에서 캡처한 호흡수, 톤, 주파수를 기존의 호흡값들과 비교하여, 현재의 호흡값을 계산할 수 있다.

동작값과 관련하여, 컨트롤러(15)의 컴퓨터에서 동작하는 소프트웨어가 베개(12)내의 가속도계와 같은 동작센서(26)의 데이터를 이용해 일정 시간 동안의 유저의 동작을 감지하거나, 이 시간 동안 베개내 각 구역의 압력센서(28)를 이용해 머리-중량을 감지할 수 있다. 가속도계의 데이터는 이 시간 동안의 이런 동작과 동작 속도에 관한 정보를 제공한다. 압력센서(28)의 데이터를 이용해 이 시간 동안의 머리 위치들을 계산할 수 있다. 현재의 동작값을 계산하기 위한 소프트웨어는 이 시간 동안의 입력데이터들 중의 하나나 둘다를 이용해 이 시간 동안 유저가 거의 움직이지 않거나 여러번 움직이는지를 계산하고, 측정 시간 동안의 동작값을 계산한다. 이런 동작값은 현재 수면도에 채택되거나, 수면도에 관한 동작값 데이터베이스와 비교해 현재 수면도를 확인하는데 이용되고, 동작값을 측정 시간 동안 센서에서 확인된 다른 값이나 호흡값과 결합하여 현재 수면도를 계산할 수 있다.

본 발명에 의하면 가장 간단한 연산으로, 동일한 시간대에 확인된 현재의 동작값과 호흡값을 이용해 수면도를 계산해 REM 수면인지 아닌지를 판단할 수 있다. 2개의 값의 합을 이용한 간단한 계산으로 현재의 수면도를 구할 수 있다. 이렇게 계산된 수면도를 메모리에 저장되고 호흡값과 동작값의 합에서 판단된 기존의 수면도와 비교하여, REM에 있거나 아닌 유저의 현재 수면도를 판단한다. 또는, 간단한 계산으로 합 자체가 현재의 수면도를 나타낼 수도 있다. 동 시간대에 다른 센서를 이용해 다른 생리적 값들을 측정할 경우, 현재의 수면도를 판단하기 위한 합이나 다른 계산값에 이 값들을 포함시킬 수 있다.

이런 수면도를 메모리에 저장된 수면도 등급과 연관시킬 수 있는데, 특정하게 계산된 수면도나 수면도 범위가 REM 수면중인 유저와 관련되고 그 범위 밖의 수면도는 REM 수면과 관련 없다고 알려져있다. 즉, 현재 계산된 수면도를 메모리의 등급들과 비교하면 유저가 REM 수면중인지 여부를 판단할 수 있다. REM 수면이 예상 시간에 일어나기 때문에, 유저가 얼마나 자주 얼마동안 REM 수면에 있는지를 유저에게서 구한 데이터를 이용해 예상할 수 있다.

현재 확인된 수면도와, REM 수면을 나타내도록 계산된 최종 확인된 수면도로부터의 시간을 이용해, 컨트롤러(15)의 컴퓨터에서 돌아가는 소프트웨어는 다음 REM 수면이 일어날 때를 계산할 수 있다. 유저가 다음 REM 수면 시간 동안 기상시간이 되도록 설정하면, 다음 REM 시간 전의 선잠 시간 동안 유저를 깨우도록 알람이 울린다. 유저가 기상시간을 입력한 뒤에 다음 REM 수면 시간이 생기면, 유저를 선택된 시간에 깨우도록 알람이 울리게 한다.

모든 센서들 각각은 배선 버스(16)를 통해 트랜시버(14)에 연결되어, 메모리와 컴퓨터가 내장된 컨트롤러(15)에 데이터를 보내고, 컴퓨터의 소프트웨어는 호흡값과 동작값과 다른 값들을 확인하여 현재의 수면도를 계산한다.

버스(16)는 각각의 센서를 트랜시버(14)에 직접 연결하거나, 각각의 센서로부터의 신호들이나 데이터를 트랜시버(14)나 컴퓨터에 보내는데 사용된다. 트랜시버(14)에 배터리(17)나 다른 전원을 연결하여, 버스(16)를 통해 여러 센서에 전기를 공급한다.

각각의 센서는 통신 데이터와 연계되는 식별자를 갖는 것이 바람직하다. 식별자는 트랜시버(14)에 연결된 버스(16)를 따라 센서 사이의 배선에 의해 확인되거나, 센서에 의해 확인된 데이터를 송신하는 동안 송신되는 전자 식별자가 각각의 센서에 내장되어 있다.

이런 방식으로, 각각의 식별자로 확인된 센서의 위치가 컨트롤러(15)에 전송되고, 컨트롤러(15)의 컴퓨터에서 작동되는 소프트웨어가 각각의 센서의 베개(12)에서의 위치를 이용해 베개(12)의 어떤 위치에서 데이터 스트림이 전송되고 있는지를 확인한다.

이런 사실은 베개(12)의 각 구역에 있는 압력센서(28)와 동작센서(26)의 경우 전송된 신호의 시간과 강도에 의거하여 유저의 위치를 결정하는데 중요하다. 예컨대 베개(12) 표면에 있는 압력센서는 유저의 머리 밑이나 부근에 있는 센서들의 신호보다 높은 중량신호를 내고, 베개(12)의 다른 위치에 있는 압력센서들은 더 낮은 중량신호를 낼 것이다.

또, 베개(12)에서의 위치가 알려진 압력센서(28)가 큰 중량을 감지했으면 유저의 머리가 어디서 움직였는지를 나타내고 동작값 계산에 사용된 센서의 감지시간 동안의 머리의 위치를 확인하여 움직임과 정지상태를 계산할 수 있으므로, 감지시간 동안 움직이거나 움직이지 않은 시간을 확인할 수 있다.

베개(12)를 3 구간으로 나누는 것이 가장 좋지만, 절반씩 2구간으로 나눌 수도 있다. 단부구간(20), 중간구간(22) 및 반대쪽 단부구간(24) 각각에 센서가 하나 이상 여러개 위치하고 전기공급과 데이터 통신을 위해 버스(16)를 통해 트랜시버(14)에 연결한다.

버스(16)는 센서와 트랜시버(14) 사이의 통신을 위한 것으로 지그재그 형태로 되는 것이 바람직한데, 경험에 의하면 지그재그 형태가 아닌 일직선 배선연결은 시간이 지나면 끊어져 센서의 데이터 통신을 중단시킬 우려가 있다. 그러나, 지그재그 형태로 하면 배선 길이가 길어져 유저의 머리에 의한 베개(12)의 변형도 감당할 수 있어 이 문제를 해결할 수 있다. 이런 방식으로 하면 유저의 머리의 위치와 움직임에 맞춰 필요한대로 배선을 늘이거나 줄일 수 있어 버스(16)의 데이터와 전기 전송 기능을 유지할 수 있다.

도면에는 동작센서(26)와 압력센서(28)가 보이지만 다른 센서도 있을 수 있다. 가속도계와 같은 동작센서(26)는 베개(12)의 각 구간에서의 머리의 움직임과 이동속도를 결정할 수 있다. 압력센서(28)는 베개(12)에서의 머리의 위치를 결정하고, 유저의 좌측이나 우측 어깨나 등에 관련한 신체 위치와 유저의 머리가 어떤 관계로 위치하는지를 결정한다.

마이크로폰(30)은 음성주파수나 호흡에 특히 민감하도록 구성된 소프트웨어나 전자 필터를 이용해 조율할 수 있다. 호흡에 의한 폐의 팽창때문에 신체가 미세하게 오르내리기 때문에, 수면사이클을 결정하거나 코골이나 수면무호흡을 추적할 때 호흡수를 더 잘 판단하도록 마이크로폰(30)과 압력센서(28)를 연계할 수 있다.

컨트롤러(15)의 컴퓨터의 메모리에서 작동하는 소프트웨어를 이용해 여러 베개 구간들(20,22,24)의 마이크로폰(30)에서 데이터를 취하여, 수면무호흡의 시작을 확인/추적하거나 필요하면 깨울 수도 있다. 컴퓨터를 이용하는 컨트롤러(15)의 메모리에서 돌아가는 소프트웨어를 이용해 마이크로폰(30)이 캡처하거나 센서의 감지기간동안 캡처한 유저의 호흡소리의 신호패턴을 확인할 수도 있다. 캡처한 신호패턴을 데이터베이스의 신호패턴과 비교해 갑작스런 수면무호흡 초기에 일어나는 호흡패턴과 연계한다. 이런 호흡패턴들은 공지되어 있고, 수면무호흡 초기에 관련된 이런 호흡패턴의 신호패턴의 데이터베이스가 메모리에 저장되어 있어, 샘플링 시간 동안의 마이크로폰(30)의 신호패턴을 데이터베이스의 신호패턴과 비교하고, 상당히 일치되었다고 보면 수면무호흡이 시작된 것을 확인할 수 있다.

또, 베개(12)의 3 구간(20,22,24) 전부나 한곳에 위치해 구간 온도를 측정하는 온도센서(29)는 유저의 머리의 영향을 받는다. 베개에서 유저의 머리로 가려지지 않은 위치에 있는 온도센서(29)는 유저의 머리 밑이나 부근에 있는 온도센서(29)보다 낮은 온도를 표시한다. 본 발명에서는 오도센서들(29)로부터 여러 신호들을 받아, 소프트웨어를 이용해 베개의 어떤 위치가 더 따뜻하거나 차가운지를 결정하고 머리와 신체 위치 둘다를 구분할 수 있다. 유저의 헤드 밑이나 부근에 있는 온도센서(29)의 높은 온도를 현재 수면도의 계산인자인 온도값으로 이용해, 유저의 REM이나 비 REM 수면도를 결정할 수 있다.

따라서, 동일한 시간 동안 트랜시버(14)에 연결된 각 구간의 센서의 데이터를 이용할 경우 컴퓨터 메모리에서 작동하는 소프트웨어를 이용해, 유저의 현재 수면도를 구분할 수 있다. 유저가 잠잔 시간이나, 처음 결정된 REM 수면도와 현재 수면도에 의거해, 유저를 깨울 시기나, 컴퓨터 메모리에 저장된 값에서 알 수 있는 REM 수면사이클들 사이의 기간과, 유저의 REM 수면사이클들 사이의 시간에 의거하여 유저가 REM 사이클에 있거나 선잠 사이클로 바뀌었는지 여부에 따라 유저를 깨울 시기를 계산할 수 있다. 기본적으로, 컴퓨터에서 작동하는 소프트웨어는 예컨대 1주일 정도의 시간 동안 유저의 수면패턴 타이밍을 학습하도록 구성되고, 이런 데이터를 이용해 REM 수면패턴과 그 간격의 타이밍을 확인한다. 주어진 수면사이클에서 처음 확인된 REM 수면패턴을 기초로, 후속 REM 수면사이클을 결정하고, 이를 이용해 전술한 계산 기상시간을 결정할 수 있다.

유저가 원하는 시간이나 시간대에 의해 기상시간이 영향을 받을 수 있어, 센서의 데이터를 이용하는 소프트웨어는 유저의 현재 수면도를 계산하고, 저녁의 첫 REM 사이클로부터의 시간과, 주어진 수면사이클 동안 이전에 학습된 유저의 데이터에 의거하여 유저를 기상시키도록 선택된 시간에 가장 가까운 선잠 사이클에 있을 때를 확인한다. 이렇게 계산된 기상시간에 알람(35)이 작동하여 유저를 깨운다.

전술한 바와 같이, 현재의 수면도를 결정하는 한가지 방식은 현재의 동작값과 수면값을 합쳐, 수면도가 일정 범위에 있으면 REM 수면에 관련시키고 그 범위 밖에 있으면 비 REM 수면에 관련시키도록 결정될 수 있는 현재 수면도를 계산한다.한편, 수면도를 결정하는 합에 현재 온도값이 포함될 수도 있다. 또, 이런 합이 컴퓨터에서 돌아가는 소프트웨어에 의해 REM 수면 사이클에 관련된다고 알려진 메모리의 데이터베이스에 저장된 수면도 값들과 비교되는 계산 수면도를 결정할 수 있다. 계산된 수면도가 REM 수면 사이클을 나타낸다고 알려진 데이터베이스의 값에 있는지 여부가 결정된다.

도 2는 센서를 보여주는 절개도이다. 베개(12)의 상단층을 부드럽게 유지하기 위해, 가능하면 유연하고 부드러운 셈서들을 베개(12)의 윗면 가까이 배치한다.

외관도 중요하기 때문에, 도 3은 도 1의 센서망이 배치된 베개(2) 겉에 커버를 씌운 것을 보여준다.

도 4는 센서들로부터 데이터를 받는 트랜시버(14)와, 메모리와 소프트웨어를 갖춘 컨트롤러(15)와 알람(35) 사이를 유선(33)이나 무선(31)으로 연결한 것을 보여주는 블록도이다. 배터리(17)나 다른 전원에 의해 트랜시버(14)와 버스(16)를 통해 센서에 전기가 공급된다. 도시된 요소들은 블루투스나 WiFi와 같은 무선(31)으로 통신을 하여, 컨트롤러(15)와 같은 기능을 하는 스마트폰이나 패드 컴퓨터에 특히 적합하며, 캡처된 센서데이터를 기존의 데이터와 비교하여 유저의 현재 수면도를 전술한 방식으로 계산하기 위한 모든 데이터베이스와 소프트웨어가 메모리에 저장되어 있으며, 계산된 기상시간에 알람(35)을 작동시킬 수 있다.

Claims (10)

1. 베개 안에 위치하고, 베개에서 감지된 동작으로부터 전자식 동작신호를 생성하는 동작센서;
   베개 안에 위치하고, 베개의 유저의 호흡소리로부터 전자식 음성신호를 생성하는 음성센서;
   컴퓨팅소자와 전자 메모리를 갖추고, 상기 음성신호와 동작신호를 받는 컨트롤러; 및
   상기 컴퓨팅소자의 메모리에서 작동하고, 일정 시간 동안 받은 동작신호에 기초하여 동작값을, 그리고 같은 시간 동안 동시에 받은 음성신호에 기초하여 호흡값을 계산하는 첫번째 계산을 하도록 구성된 소프트웨어;를 포함하고,
   상기 소프트웨어는 상기 동작값과 호흡값의 조합에 의해 REM 수면에 관련된 유저의 수면도를 결정하여, 유저의 전체 수면 사이클 동안 상기 수면도를 이용해 REM 수면 주기와 비 REM 수면 주기를 결정하는 두번째 계산을 하는 것을 특징으로 하는 베개 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 소프트웨어가 유저의 수면도와 이전에 결정된 유저의 REM 수면주기의 종료부터 경과된 시간에 의거하여 유저의 REM 수면의 시작 시간과 주기와 종료 시간을 추정하는 세번째 계산을 하는 것을 특징으로 하는 베개 장치.
3. 제2항에 있어서, 유저가 결정한 시간에 유저를 기상시키는 시간작동 기능을 갖고 상기 컨트롤러와 통신하는 알람을 더 포함하고; 상기 알람은 상기 컨트롤러로부터의 작동신호에 의해 상기 시간작동 기능을 무시하며; 상기 컨트롤러는 유저가 결정한 시간이 후속 REM 수면주기 기간에 있을 경우 알람을 작동시켜 유저를 기상시키도록 유저가 결정한 시간보다 빨리 작동신호를 보내는 것을 특징으로 하는 베개 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 수면도가 동작값과 호흡값의 합에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 베개 장치.
5. 제2항에 있어서, 상기 수면도가 동작값과 호흡값의 합에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 베개 장치.
6. 제3항에 있어서, 상기 수면도가 동작값과 호흡값의 합에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 베개 장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 첫번째 계산을 할 때 일정 시간 동안 베개에 연결된 온도센서에서 받은 온도신호에 의거하여 온도값을 확인하고, 상기 소프트웨어가 REM 수면에 관련된 유저의 수면도를 결정하는 두번째 계산을 할 때 동작값과 호흡값과 온도값의 조합을 이용하는 것을 특징으로 하는 베개 장치.
8. 제3항에 있어서, 상기 첫번째 계산을 할 때 일정 시간 동안 베개에 연결된 온도센서에서 받은 온도신호에 의거하여 온도값을 확인하고, 상기 소프트웨어가 REM 수면에 관련된 유저의 수면도를 결정하는 두번째 계산을 할 때 동작값과 호흡값과 온도값의 조합을 이용하는 것을 특징으로 하는 베개 장치.
9. 제8항에 있어서, 상기 수면도가 동작값과 호흡값과 온도값의 합에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 베개 장치.
10. 제3항에 있어서, 상기 두번째 계산에서의 상기 수면도가 확인된 호흡값과 동작값의 합, 수면도가 동작값과 호흡값과 온도값의 합, 및 최종 합이나 곱이 상기 수면도와 같다고 결정할 때의 호흡값과 동작값 각각의 가중치를 포함한 군으로부터의 계산들 중의 하나나 조합을 이용하는 알고리즘에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 베개 장치.

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