KR20170126280A - 동작 인식 직물 센서 및 이를 포함하는 의류 시스템 - Google Patents

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KR20170126280A
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Abstract

본 발명은 인체 동작 시의 측정 신호의 노이즈 및 왜곡을 최소화하는 동작 인식 직물 센서 및 이를 포함하는 의류 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 동작 인식 직물 센서는, 동작시 발생되는 노이즈 감소를 위한 패딩층, 상기 패딩층 상에 형성되는 하부 직물층, 상기 하부 직물층 상에 코팅되는 전도성 재료층, 상기 전도성 재료층에서 측정되는 신호를 전송하기 위한 신호전달용 인터커넥션 및 상기 전도성 재료층에 전력을 공급하는 전력공급용 인터커넥션 중 어느 하나 이상을 더 포함하는 전도성 인터커넥션, 및 상기 전도성 재료층 상에 형성되는 절연성 상부 직물층을 포함한다.

Description

동작 인식 직물 센서 및 이를 포함하는 의류 시스템{TEXTILE MOTION SENSOR AND CLOTHING SYSTEM INCLUDING THE SAME}
본 발명은 동작 센서에 관한 것으로, 보다 상세하게는 사용자의 인체부위 별 동작을 측정하기 위한 동작 인식 직물 센서에 관한 것이다.
사용자가 의류를 통해 자신의 신체 상태를 측정할 수 있도록 해 주는 연구는 많이 수행되고 있고, 관련 제품도 시장에서 활발히 거래되고 있다. 그러나 사용자의 움직임으로 인해 센서의 형태가 변형되거나 위치가 이동하게 되면, 인체 상 센서의 위치가 변동하여 신체 상태의 측정 정확도가 떨어지게 된다. 이는 일상 생활에서 사용자가 입고 활동하면서 지속적인 측정이 이루어져야 하는 신체 상태 감지 의류에 있어서 문제점이라 할 수 있다.
예를 들어, 신체 상태 감지 방식 중 접촉식 감지의 경우, 인체 동작으로 인해 인체 표면과 센서 간의 접촉점이 X 축, Y축으로 이동하게 되면, 이는 동잡음의 원인이 되어 측정하고자 하는 신호의 품질이 저하시킨다. 또한, 비접촉식 감지 방식의 경우에도 감지하고자 하는 인체 기관과 센서 간의 X, Y 및 Z 방향의 거리가 변화하게 되면, 신호의 품질이 저하된다. 또한, 의류 착용자의 움직임에 따른 의류의 움직임으로 인해, 센서의 인체상, 의류상 위치가 변화하면 심박, 동작, 호흡, 혈압, 동작 등 신체 상태의 측정 정확도가 떨어진다. 또한, 기존의 신체 상태 감지를 위한 의류는 인체 동작 후에 의류가 원래의 위치로 복원되지 않은 경우가 발생함에 따라, 센서의 위치 이동으로 인해 정확한 감지에 어려움이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 인체 동작시 센서의 위치 이동을 최소화하여 인체 부위별 동작을 정확히 센싱하는 동작 인식 직물 센서를 제공한다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 한 벌의 의류를 이용하여 다양한 위치에서의 인체 동작을 정확하게 센싱할 수 있는 의류 시스템을 제공한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 동작 인식 직물 센서는, 동작시 발생되는 노이즈 감소를 위한 패딩층, 상기 패딩층 상에 형성되는 하부 직물층, 상기 하부 직물층 상에 코팅되는 전도성 재료층, 상기 전도성 재료층에서 측정되는 신호를 전송하기 위한 신호전달용 인터커넥션 및 상기 전도성 재료층에 전력을 공급하는 전력공급용 인터커넥션 중 어느 하나 이상을 더 포함하는 전도성 인터커넥션, 및 상기 전도성 재료층 상에 형성되는 절연성 상부 직물층을 포함한다.
상기 동작 인식 직물 센서는 상기 동작이 발생되는 영역으로부터 이격된 위치에 형성할 수 있다. 또한, 상기 절연성 상부 직물층은 노이즈 감소를 위한 홈 구조를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 전도성 재료는 카본 나노 튜브, 카본 금속, 카본 섬유, 전도성 고분자, 및 금속을 포함할 수 있고, 단일층 또는 적어도 두 개 이상의 상기 전도성 재료층이 적층된 형태를 포함할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 사용자의 동작을 측정하기 위한 동작 인식 직물 센서를 포함하는 의류 시스템은, 상기 제 1 직물층, 상기 제 1 직물층의 적어도 일부분 상에 형성되는 제 2 직물층, 상기 제 2 직물층 상에 코팅되는 전도성 재료층, 및 상기 전도성 재료층 상에 형성되는 제 3 직물층을 포함하는 동작 인식 직물 센서를 포함하며, 상기 동작 인식 직물 센서는 상기 사용자의 동작이 발생되는 영역으로부터 이격될 수 있다.
상기 전도성 재료층은 카본 나노 튜브, 카본 금속, 카본 섬유, 전도성 고분자, 및 금속을 포함할 수 있고, 단일층 또는 적어도 두 개 이상의 상기 전도성 재료층이 적층된 형태를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 본 발명의 일실시예에 따른 의류 시스템은, 상기 전도성 재료층에서 측정되는 신호를 상기 동작 인식 직물 센서의 내외부로 전송하는 신호전달용 인터커넥션 및 상기 전도성 재료층에 전력을 공급하는 전력공급용 인터커넥션 중 어느 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
상기 동작 인식 직물 센서의 적어도 하나의 일단부에 상기 동작 인식 직물 센서를 상기 사용자의 동작이 발생되는 영역으로부터 이격시키기 위하여 연결되는 이격위치 유지부를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서는, 상기 이격위치 유지부는 비신축성 재료로 구성될 수 있고, 장방형 테이프 구조, 나선형의 코드 구조, 및 복수 개의 코드들로 구성된 트위스트 구조로 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 의류 시스템은, 상기 사용자의 동작이 발생되는 영역으로부터 이격된 위치의 상기 동작 인식 직물 센서의 위치 변동을 방지하기 위한 밀착형 밴드 구조를 더 포함할 수 있다.
상기 밀착형 밴드 구조는 상기 동작 인식 직물 센서의 일단부에 연결되거나 상기 의류 시스템의 일단부에 연결될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 사용자의 동작이 발생되는 영역이 고관절인 경우, 상기 동작 인식 직물 센서는 상기 고관절과 이격된 상기 사용자의 허리 영역 및 상기 허리 영역의 주변부에 배치될 수 있다.
상기 동작 인식 직물 센서는 0.1 내지 8 cm의 길이를 가질 수 있다.
본 발명에 따르면, 인체의 동작에도 불구하고 의류 시스템에 결합된 동작 인식 직물 센서의 3차원(X축, Y축, Z축) 이동을 최소화함으로써, 동작 인식 직물 센서가 측정하고자 하는 인체 부위에서 벗어나지 않도록 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 인체 동작시 동작 부위 골격의 형태 변화로 인하여 발생하는 센서의 비균질한 신장으로 인한 노이즈를 감소시키기 위하여 동작 인식 직물 센서를 인체의 동작이 발생되는 영역으로부터 이격되도록 의류 시스템에 결합시킴으로써, 동작 인식 직물 센서의 측정 정확성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 인체 동작시 동작 부위 골격의 형태 변화로 인하여 발생하는 센서의 비균질한 신장으로 인한 노이즈를 감소시키기 위한 쿠션 역할을 하는 패딩층을 포함함으로써, 의류 시스템에 결합된 동작 인식 직물 센서의 측정 안정성을 유지시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 인체에 대한 동작 신호를 정확히 감지하고, 감지된 동작 신호를 수신 및 분석함으로써, 동작 신호의 측정 오류를 최소화할 수 있다.
도 1는 본 발명이 일실시예에 따른 동작 인식 직물 센서의 구성을 나타내는 구조도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전도성 재료층의 단면도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일실시예에 따른 하부 직물층 및 전도성 재료층을 나타내는 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 사용자의 동작을 측정하기 위한 동작 인식 직물 센서를 포함하는 의류 시스템의 일부분을 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 사용자의 동작을 측정하기 위한 동작 인식 직물 센서를 포함하는 의류 시스템의 일부분을 나타낸 것이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 동작 인식 직물 센서의 위치에 따른 동작 신호 측정 결과를 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명에 따른 밀착형 밴드 구조를 포함하는 의류 시스템 및 밀차경 밴드 구조를 포함하지 아니하는 의류 시스템에서 동작 신호를 측정한 결과를 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명에 따른 동작 인식 직물 센서를 구비하는 의류 시스템으로부터 동작 신호를 제공받는 동작 신호 감지 시스템을 나타낸 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.　 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는" 는 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다.　 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다.　 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
본 명세서에서 제 1, 제 2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안됨은 자명하다.　 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다.　 따라서, 이하 상술할 제 1 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제 2 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
전 세계적으로 건강에 대한 관심이 증가하고 있으며, 이로 인해, 건강 관리용 신체 모니터링 기능의 스마트 의류 시장 확대를 가져올 것으로 기대된다. 즉, 스포츠 의류, 고령자 건강 상태를 모니터링 하는 실버 의류, 유아 돌연사를 방지하는 유아복, 태아의 상태를 모니터링할 수 있는 임부복, 스마트 전투복, 운동 선수 또는 일반인의 신체 동작을 측정할 수 있는 스마트 의류 등의 다양한 의류 분야에 적용될 수 있다. 또한 웨어러블 무선 센서의 급속한 성장은 무선 통신 센서를 사용하는 의류 시장 개발의 확대를 가속화할 것으로 전망된다. 또한, 헬스케어 및 피트니스용 단말과 멀티 기능 단말 등의 웨어러블 디바이스는 소비자 시장을 직접 겨냥한 수요가 대폭 증가할 것으로 기대된다.
고령화, 저출산, 만성질환 증가, 소득 수준 증가 등은 건강관리에 대한 수요 급증과 더불어 수요층이 고령층에서 청장년층까지 확대되고 있어 유헬스 케어(U-health care) 시장은 지속 성장할 것으로 전망된다. 이 경우, 생체 신호를 측정할 수 있는 스마트 의류에서의 센서의 정확한 동작 구현을 위하여 의류에 부착된 센서의 위치 이동을 최소화하고 생체 신호 센싱시 발생하는 노이즈를 최소화하기 위한 다음과 같은 의류 설계가 고려될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 동작 인식 직물 센서의 구조를 나타내는 구조도이다. 도 1을 참조하면, 동작 인식 직물 센서(1000)는 패딩층(100), 하부 직물층(200), 전도성 재료층(300), 전도성 인터커넥션(400), 및 절연성 상부 직물층(500)을 포함할 수 있다.
인체의 동작시 동작하는 영역의 인체 부위는 불균일한 형태로 변화하게 되므로, 동작 영역에 동작 인식 직물 센서가 위치하는 경우에는 상기 동작 인식 직물 센서의 일부분만 과신장되게 된다. 이러한 불균일한 동작 인식 직물 센서의 신장에 의하여 동작 센싱시 측정 신호는 노이즈를 포함하게 되므로, 인체 부위의 불균일한 형태 변화가 동작 인식 직물 센서에 전달되는 것을 감소시키기 위한 구조를 필요로 한다.
패딩층(100)은 동작 인식 직물 센서(1000)의 센싱 역할을 하는 직물층 및 전도성 재료층의 하부에 형성되며, 인체 부위의 불균일한 형태 변화가 동작 인식 직물 센서에 전달되는 것을 감소시키기 위한 쿠션과 같은 구성요소로서, 동작시 발생되는 노이즈를 감소시킬 수 있다. 패딩층(100)은 동작 인식 직물 센서(1000)를 의류에 결합시키는 경우, 하부 직물층(200)과 의류 사이에 위치하여 의류의 움직임으로부터 발생되는 위치 변형에 대한 노이즈를 감소시킬 수 있다.
패딩층(100)은 직물로 구성될 수 있고, 예를 들면, 면, 마, 견, 나일론, 폴리에스테르, 아크릴, 폴리우레탄, PVC, PCB, PP 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. 또한, 패딩층(100)은 직물로 구성되며, 내부에 공기층을 포함할 수 있다. 또한, 패딩층(100)은 탄력성을 가지는 겔형 패드를 이용할 수 있다.
패딩층(100)은 동작이 발생되는 영역으로부터 이격된 위치에 형성될 수 있다. 물론 패딩층(100)이 동작이 발생되는 영역으로부터 이격된 위치에 형성되기 때문에, 동작 인식 직물 센서(1000) 전체가 동작이 발생되는 영역으로부터 이격된 위치에 형성될 수 있다. 패딩층(100)이 팔꿈치 및 무릎과 같은 동작이 발생되는 관절 부위에서 이격된 위치에 형성됨으로써, 동작 인식 직물 센서(1000) 전체가 동작이 발생되는 영역으로부터 이격된 위치에 형성될 수 있다. 예를 들면, 패딩층(100)을 포함하는 동작 인식 직물 센서(1000)는 팔꿈치로부터 어깨쪽으로 또는 팔목쪽으로 3 cm 내지 20 cm 떨어진 위치에서 의류에 결합될 수 있다.
일 실시예에서, 패딩층(100)은 생략될 수 있다. 패딩층(100)이 생략된 경우에는, 동작 인식 직물 센서(1000)가 관절 부위에서 이격된 위치에 형성되어 동작이 발생되는 영역으로부터 이격된 위치에서 동작을 인식할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 동작 인식 직물 센서(1000)가 동작이 발생되는 관절 부위에 부착되어 인체의 동작을 측정하는 것보다 동작이 발생되는 영역으로부터 이격된 위치에 결합되어 동작을 측정하는 것이 더 효과적임은 도 4 및 도 5를 참조하여 후술하기로 한다.
하부 직물층(200)은 패딩부(100) 상에 형성될 수 있으며, 패딩부(100)의 면적보다 크거나 동일할 수 있다. 하부 직물층(200)는 면, 마, 견, 나일론, 폴리에스테르, 아크릴, 폴리우레탄, PVC, PCB, PP, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. 다만, 하부 직물층(200)을 구성하는 직물의 종류는 이에 한정되지 아니하며, 모든 천연 섬유의 직물 및 모든 합성 섬유의 직물 등 의류에 사용되는 일체의 옷감을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 하부 직물층(200)은 의류를 구성하는 직물층과 별도의 층일 수 있거나, 의류를 구성하는 직물층과 동일한 층일수도 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 동작 동작 인식 직물 센서가 의류와 별도로 제조되는 경우에는 하부 직물층(200)은 의류를 구성하는 직물층과 별도의 직물층일 수 있다. 그러나, 동작 동작 인식 직물 센서가 의류 제조시 단일 공정으로 제조되는 경우에는 의류를 구성하는 직물층을 하부 직물층(200)으로 하여 동작 동작 인식 직물 센서를 제조할 수도 있다.
전도성 재료층(300)은 하부 직물층(200) 상에 전도성을 갖는 재료가 코팅될 수 있다. 전도성 재료층(300)은 카본 나노 튜브(CNT), 카본 섬유(Carbon Fiber), 카본 금속, 전도성 고분자, 그래핀(Graphene), 알루미늄, 은, 구리, 및 스테인레스와 같은 금속 중 어느 하나 또는 어느 하나 이상이 혼합된 전도성 나노입자들을 포함할 수 있고, 바람직하게는, 상기 탄소 나노 튜브를 포함할 수 있다. 전도성 재료층(300)이 하부 직물층(200) 상에 적절히 코팅되면, 높은 전기전도성 및 선형성의 특징을 가지게 된다.
일 실시예에서는, 전도성 재료층(300)이 폴리머를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 전도성 나노입자들은 상기 폴리머 내부에 단방향 또는 다양한 방향으로 배향되는 나노 복합소재로 이루어지는 판 형상의 필름 부재일 수 있다. 상기 전도성 나노입자들은 상기 폴리머 내부에 분산 배치될 수 있다.
상기 전도성 나노입자들을 상기 폴리머 내에 고르게 분산시키거나, 측정 기능, 감도 등을 높이기 위하여, 상기 전도성 나노입자에 산(acid) 처리를 하여 표면을 개질시킬 수 있다. 상기 전도성 나노입자에 산 처리를 하는 경우, 상기 전도성 나노입자는 카르복시산과 같은 작용기를 가질 수 있다. 또한, 상기 전도성 나노입자에 불순물을 도핑시키거나, 필요한 물질을 더 코팅할 수도 있다.
상기 폴리머는 폴리메틸 메타크리레이트(Polymethyl methacrylate)를 사용할 수 있으나, 이에 한정하지 아니하고 상기 전도성 나노입자가 고루 분산됨으로써 측정장치로서 필요한 성질을 나타낼 수 있는 재료를 적용할 수 있다. 즉, 상기 폴리머로서, 폴리에테르 설폰(Polyether sulfone), 에폭시(Epoxy), 폴리비닐리딘 프루오라이드(Polyvinylidine fluoride), 폴리에틸렌(Polyethylene), 폴리비닐 크로라이드(Polyvinyl chloride), 폴리프로필렌(Polypropylene), 폴리에스테르(Polyester), 아크리릭(Acrylic), 나일론(Nylon), 셀룰로식(Cellusosic), 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 폴리머(Acrylonitrile-butadiene-styrene polymer), 폴리카본나이트(Polycarbonate), 아세탈(Acetal), 플루오로플라스틱(Fluoroplastic) 등을 사용할 수 있으며, 이들 중 적어도 2개 이상을 함께 혼합 사용할 수도 있다. 더불어, 상기 폴리머로는 섬유강화플라스틱(FRP)을 사용할 수 도 있다.
전도성 재료층(300) 상에는 전도성 인터커넥션(400)이 형성될 수 있다. 전도성 인터커넥션(400)은 전도성 재료층(300)에서 측정되는 신호를 전송하기 위한 신호전달용 인터커넥션 및 전도성 재료층(300)에 전력을 공급하는 전력공급용 인터커넥션 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
전도성 인터커넥션(400)은 전도성 재료층(300)과 전기적으로 연결될 수 있다. 이러한 전도성 인터커넥션(400)은 전도성 재료층(300)의 일단에 하나 이상이 전기전도성 접착수단에 의하여 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 전기전도성 접착수단은 전도성 스냅 버튼 또는 전도성 실버에폭시 페이스트를 사용할 수 있으나, 이에 한정되지 아니하고, 전도성 재료층(300)을 전도성 인터커넥션(400)에 전기적으로 연결시킬 수 있는 소재 및 구성요소를 선택적으로 적용할 수 있다.
절연성 상부 직물층 (500)은 전도성 재료층(300) 및 전도성 인터커넥션(400)의 일부를 커버하도록 형성될 수 있다. 절연성 상부 직물층(500)은 면, 마, 견, 나일론, 폴리에스테르, 아크릴, 폴리우레탄, PVC, PCB, PP, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. 다만, 절연성 상부 직물층(200)을 구성하는 직물의 종류는 이에 한정되지 아니하며, 모든 천연 섬유의 직물 및 모든 합성 섬유의 직물 등 의류에 사용되는 일체의 옷감을 포함할 수 있으나, 절연성을 갖는 직물이거나, 절연성 물질이 코팅된 직물일 수 있다. 또한, 절연성 상부 직물층(500)은 절연성을 갖는 동시에 방수 기능을 갖는 직물로 구성될 수 있다.
일 실시예에서는, 절연성 상부 직물층(500)은 폴리우레탄으로 구성된 직물층일 수 있다. 절연성 상부 직물층(500)은 동작 인식 직물 센서가 땀 또는 물 등과 접촉하는 경우, 전도성 재료층(300) 및 전도성 인터커넥션(400)들이 통전되어 센서의 성능이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 재료층(300)의 단면도이다. 도 2를 참조하면, 전도성 재료층(300)은 전도성 나노입자층(310, 330, 350) 및 중간 직물층(320, 340)을 포함할 수 있다.
전도성 재료층(300)은 전도성 나노입자층(310, 330, 350) 및 중간 직물층(320, 340)이 적층된 형태로 구성될 수 있다. 전도성 나노입자층(310, 330, 350)은 카본 나노 튜브(CNT), 카본 섬유(Carbon Fiber), 카본 금속, 그래핀(Graphene), 전도성 고분자 및 알루미늄, 은, 구리, 스테인레스와 같은 금속 중 어느 하나 또는 어느 하나 이상의 혼합물을 포함할 수 있다. 전도성 나노입자층(310, 330, 350)은 모두 동일한 재료를 포함할 수 있으나, 동작 인식 직물 센서의 목적에 따라 서로 상이한 재료를 포함할 수도 있다.
중간 직물층(320)은 면, 마, 견, 나일론, 폴리에스테르, 아크릴, 폴리우레탄, PVC, PCB, PP, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. 다만, 중간 직물층(200)을 구성하는 직물의 종류는 이에 한정되지 아니하며, 모든 천연 섬유의 직물 및 모든 합성 섬유의 직물 등 의류에 사용되는 일체의 옷감을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 중간 직물층(320)은 모두 동일한 직물로 구성될 수 있으나, 동작 인식 직물 센서의 목적에 따라 서로 상이한 직물로 구성될 수도 있다. 또한, 중간 직물층(320)은 하부 직물층(200)과 동일한 직물로 구성될 수도 있고, 상이한 직물로 구성될 수도 있다. 또한, 각각의 전도성 나노입자층(310, 330, 350) 및 중간 직물층(320, 340)이 동일한 두께를 가질 수 있고, 동작 인식 직물 센서의 목적에 따라 서로 상이한 두께를 가질 수도 있다. 이와 관련된 다양한 실시예들은 도 3a 내지 도 3c를 참조하여 후술하기로 한다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 일실시예에 따른 하부 직물층(200) 및 전도성 재료층(300)을 포함하는 동작 인식 직물 센서(1000)의 단면도이다. 도 3a는 하부 직물층(200) 상에 형성되는 전도성 재료층(300)이 단일 층으로 이루어진 경우를 나타내고, 도 3b는 전도성 재료층(300)이 복수 개의 전도성 나노입자층 및 중간 직물층을 포함하는 경우를 나타나며, 도 3c는 하부 직물층(200)의 상부 및 하부 상에 전도성 재료층(300)이 형성되는 경우를 나타낸다.
도 3a를 참조하면, 하부 직물층(200) 상에 전도성 재료층(300)이 코팅 또는 프린팅되어 하나의 동작 인식 동작 인식 직물 센서(1000)의 요소를 구성할 수 있다. 전도성 재료층(300)은 스핀 코팅, 스프레이 코팅, 프린팅, 진공여과, 함침 코팅, 도포 코팅과 같은 방법 또는 프린팅 방법으로 하부 직물층(200) 상에 형성될 수 있다.
도 3b를 참조하면, 하부 직물층(200) 상에 복수 개의 전도성 나노입자층 및 중간 직물층이 적층되며, 하부 직물층(200) 상에 형성되는 전도성 나노입자층(310, 330)과 중간 직물층(320) 사이에 접착성을 향상시키기 위하여 바인더 층(315)이 더 포함될 수 있다.
바인더 층(315)은 중간 직물층(320)의 일 면에 코팅되어 일체화된 상태로 제공될 수도 있고, 별도의 페이스트 층으로 제공될 수도 있다. 또한, 바인더 층(315)은 전도성 나노입자층(310, 330)의 전기적 특성을 유지시키기 위하여, 종래의 바인더와는 달리, 접착성과 도전재 역할을 하는 도전성을 동시에 가지고 있어 별도의 첨가물 없이도 자체로서 두 가지 기능을 가지고 있는 일체형 바인더 층으로서의 역할을 하여야 한다. 그러므로, 바인더 층(315)은 전도성 물질인 폴리퍼플루오로설폰산, 폴리[2,2'-(m-페닐렌)-5,5'-비벤즈이미다졸, 폴리[2,5-벤즈이미다졸], 폴리벤즈옥사졸 또는 폴리벤즈티아졸을 포함할 수 있다. 또한, 일 실시예에서, 바인더 층(315)의 두께가 0.1 mm 내지 5mm 로 상대적으로 전도성 나노입자층(310, 330)보다 얇은 경우, 종래의 절연성 바인더와 전도성 고분자 물질을 혼합하여 바인더 층(315)을 형성할 수도 있다.
도 3c를 참조하면, 동작 인식 직물 센서(1000)는 하부 직물층(200)의 한 쪽 면에만 전도성 재료층(300)을 형성하는 것이 아니라, 상부 및 하부면 양 쪽 모두에 전도성 재료층(300a, 300b)을 형성할 수 있다. 전도성 재료층(300a, 300b) 각각은 도 3b를 참조하여 설명한 복수 개의 전도성 나노입자층(310, 330)과 중간 직물층(320), 그리고 이들 사이에 접착성을 향상시키기 위하여 바인더 층(315)을 포함할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 동작 인식 직물 센서(1000)는 전도성 재료들이 코팅된 동작 인식 직물 센서로서, 종래의 의류와 일체화되어 의류의 착용자(사용자)에게 이물감을 제공하지 아니하고, 착용자의 신체에 부착되어 동작시 동작 영역의 위치, 각도, 속도와 같은 신체의 동작 정보를 정확하게 측정할 수 있게 한다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자의 동작을 측정하기 위한 동작 인식 직물 센서를 포함하는 의류 시스템의 일부분을 나타낸 것이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 동작 인식 직물 센서(1000)가 결합된 의류 시스템은 제 1 직물층(10), 제 2 직물층(200), 전도성 재료층(300), 및 제 3 직물층(500)을 포함할 수 있다. 제 1 직물층(10)은 기본적으로 의류를 구성하는 직물층을 나타내며, 면, 마, 견, 나일론, 폴리에스테르, 아크릴, 폴리우레탄, PVC, PCB, PP 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
제 2 직물층(200)은 도 1 내지 도 3을 참조하여 상기와 같이 설명한 하부 직물층(200)과 동일한 구성, 재료, 및 기능을 가질 수 있다. 도시하지 아니하였지만, 제 2 직물층(200)과 제 1 직물층(10) 사이에는 패딩층(100)이 더 포함될 수도 있다.
일 실시예에서는, 제 1 직물층(10)과 제 2 직물층(200)이 동일한 재료로 구성될 수 있다. 만일 제 1 직물층(10)과 제 2 직물층(200)의 재료가 동일한 경우에는, 동작 인식 직물 센서가 결합되어 사용자의 동작을 측정하여야 하는 영역에 해당하는 제 1 직물층(10)의 일부 영역이 제 2 직물층(200)으로서 전도성 재료층(300)이 코팅되는 하부 직물층로 사용될 수 있다. 이 경우, 제 1 직물층(10)의 해당 영역과 접촉되는 신체 부위 사이에 패딩층(100)이 더 포함될 수 있다.
전도성 재료층(300)은 제 2 직물층(200) 상에 코팅될 수 있다. 상술한 바와 같이, 제 2 직물층(200)을 제 1 직물층(10)으로 대체하는 경우에는, 전도성 재료층(300)은 제 1 직물층(10)에 동작 센싱이 필요한 영역의 위치 및 크기에 코팅될 수 있다. 또한, 제 3 직물층(500)은 전도성 재료층(300) 상에 형성될 수 있다. 도 4 를 참조하여 설명하는 제 2 직물층(100), 전도성 재료층(300), 및 제 3 직물층(500)은 도 1 내지 도 3c를 참조하여 설명한 하부 직물층(100), 전도성 재료층(300), 및 절연성 상부 직물층(500)과 그 구성, 재료 및 기능이 동일할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 의류 시스템의 동작 인식 직물 센서(1000)는 의류 시스템 상에서 사용자의 동작이 발생되는 영역으로부터 이격된 위치에 배치될 수 있다. 동작 인식 직물 센서(1000)의 중앙부가 동작이 발생되는 관절의 중앙부에 대응되도록 동작 인식 직물 센서(1000)가 의류에 결합되는 경우, 관절이 동작할 때 관절이 튀어나온 부분이 동작 인식 직물 센서(1000)를 바깥쪽으로 밀어내면서 동작 인식 직물 센서(1000)의 중앙부는 과도하게 신장되고, 바깥부는 적게 신장되는 것과 같이 동작 인식 직물 센서(1000)의 일부분만 과 신장될 수 있다.
이 경우, 동작 인식 직물 센서(1000)에 측정되는 동작 신호는 노이즈가 많이 발생하게 된다. 그러므로, 동작이 발생되는 영역으로부터 이격된 위치에 동작 인식 직물 센서(1000)를 결합시킬 필요가 있다.
또한, 동작을 캡쳐한 결과를 살펴보면, 동작시 인체에서는 관절 부위의 체표면이 가장 많이 신장되지만, 의류에서는 관절 부위로부터 이격된 위치가 가장 많이 신장됨을 확인할 수 있다. 그러므로, 동작 인식 직물 센서(1000)를 동작이 발생되는 영역으로부터 일정 거리로 이격된 위치에 배치함으로써 동작시 발생하는 노이즈가 감소된 정확한 신호를 측정할 수 있을 것이다.
예를 들어, 팔 또는 다리의 동작을 측정하려고 하는 경우, 동작 인식 직물 센서(1000)는 팔 또는 다리 관절 중앙으로부터 3 cm 내지 15 cm 의 거리만큼 이격된 위치에 동작 인식 직물 센서(1000)의 한쪽 끝단이 위치하도록 의류에 결합되는 것이 바람직하다. 동작 인식 직물 센서(1000)의 위치가 관절의 중앙으로부터 3 cm 미만의 거리만큼 이격된 위치의 의류 영역에 결합되는 경우, 관절의 움직임으로부터 영향을 크게 받아 동작 신호 발생시 노이즈 또는 이로 인한 더블 피크가 발생될 수 있다. 또한, 동작 인식 직물 센서(1000)의 위치가 관절의 중앙으로부터 15 cm 초과되는 거리만큼 이격된 위치의 의류 영역에 결합되는 경우, 동작에 의한 의류 및 동작 인식 직물 센서(1000)의 신장되는 정도가 적어 정확하게 동작을 측정할 수 없게 된다.
또한, 예를 들어, 고관절의 운동 동작을 측정하려고 하는 경우에는, 동작 인식 직물 센서(1000)를 중력 방향으로의 수직 방향의 동작을 측정하기 위한 제 1 동작 인식 직물 센서 및 지평면과 평행하는 수평 방향의 동작을 측정하기 위한 제 2 동작 인식 직물 센서를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 제 1 동작 인식 직물 센서는 의류의 허리둘레선 상에 결합되고, 상기 제 2 동작 인식 직물 센서는 의류의 뒷 중심선으로부터 좌우로 2 내지 20 cm 이내의 위치의 의류 영역에 결합되어 동작 신호의 품질 향상에 기여할 수 있다.
동작 인식 직물 센서(1000)가 결합된 의류 시스템의 경우, 동작 인식 직물 센서(1000)는 의류 시스템 내에서 사용자의 동작에도 불구하고 노이즈가 적은 신호를 측정할 수 있는 부위에 위치의 변형없이 결합되어 동작을 측정하는 것이 중요하다. 동작 인식 직물 센서(1000)의 결합 위치에서의 이탈을 방지하기 위하여 의류 시스템은 이격위치 유지부(3000) 및 밀착형 밴드 구조(4000) 중 어느 하나 또는 모두를 더 포함할 수 있다.
도 4를 참조하면, 이격위치 유지부(3000)는 동작 인식 직물 센서(1000)의 적어도 하나의 일단부에 결합될 수 있으며, 동작 인식 직물 센서(1000)를 상기 사용자의 동작이 발생되는 영역으로부터 이격시키며 그 위치를 유지하기 위하여 연결될 수 있다. 이격위치 유지부(3000)는 비신축성 재료로 구성되어 사용자의 동작시에도 동작 인식 직물 센서(1000)의 위치를 고정시킬 수 있다. 일 실시예에서, 이격위치 유지부(3000)는 장방형 테이프 구조, 나선형의 코드 구조, 및 복수 개의 코드들로 구성된 트위스트 구조를 포함할 수 있다.
도 5를 참조하면, 동작 인식 직물 센서(1000)의 위치 변형을 방지하기 위하여 의류 시스템은 밀착형 밴드 구조(4000)를 더 포함할 수 있다. 밀착형 밴드 구조(4000)는 동작 인식 직물 센서(1000)의 일단부에 연결되거나 상기 의류 시스템의 일단부에 연결될 수 있다. 예를 들면, 동작 인식 직물 센서(1000)가 팔꿈치의 하단부에 배치되는 경우, 밀착형 밴드 구조(4000)는 의류 시스템의 팔목부 또는 어깨 관절부위에 형성될 수 있다.
이 경우, 밀착형 밴드 구조(4000)에 의하여 동작 인식 직물 센서(1000)는 신장율이 증가하기 때문에 동작 신호의 크기가 증가되고, 동작 인식 직물 센서(1000)를 동작이 발생하는 영역으로부터 이격된 위치에 유지되도록 함으로써 동작 신호 측정시 발생되는 노이즈 또는 더블피크의 신호를 감소시킬 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일실시예에 따른 동작 인식 직물 센서(1000)의 위치에 따른 동작 신호 측정 결과를 나타낸 것이다. 도 6a를 참조하면, 동작 인식 직물 센서(1000)를 동작이 발생하는 팔꿈치 관절 영역에 부착하여 동작을 인식하는 경우, 측정되는 저항의 크기가 더블 피크를 형성함을 확인할 수 있다. 이러한 더블 피크는 동작에 의하여 측정되는 저항 값을 정확하게 인식할 수 없게 하므로, 동작의 정도를 정확하게 파악할 수 없게 된다. 그러나, 도 6b를 참조하면, 동작 인식 직물 센서(1000)를 동작이 발생하는 관절 영역인 팔꿈치 관절 영역으로부터 센서의 길이방향의 중심이 손목쪽으로 약 10 cm 이격된 위치에 부착하여 동작을 인식하면, 측정 저항 결과값에서 더블 피크가 발생하지 아니함을 알 수 있다. 그러므로, 동작 인식 직물 센서(1000)는 동작이 발생되는 관절 영역에서 이격된 위치에서 동작을 측정하여 정확한 운동의 정도를 인식할 수 있다.
도 7은 밀착형 밴드 구조를 포함하지 아니하는 의류 시스템(계열 1) 및 도 5를 참조하여 설명한 직물 센서(1000) 및 밀착형 밴드 구조(4000)를 포함하는 의류 시스템에서 동작 신호를 측정한 결과를 나타내는 것이다.
도 7을 참조하면, 밀착형 밴드 구조(4000)를 포함하는 의류 시스템을 착용한 사용자가 동작하는 경우 동작에 의하여 직물 센서에서 측정되는 저항의 크기(계열 2)가 밀착형 밴드 구조를 포함하지 아니하는 의류 시스템 착용자의 동작에 의하여 측정되는 저항의 크기(계열 2)보다 큰 것을 확인할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 밀착형 밴드 구조(4000)를 포함하는 의류 시스템은 작은 동작에 대해서도 더 정확한 측정을 가능하게 할 수 있다.
도 8은 본 발명에 따른 동작 인식 직물 센서를 구비하는 의류 시스템으로부터 동작 신호를 제공받는 동작 신호 감지 시스템에 관한 것으로, 동작 인식 직물 센서(1000), 의류 시스템(2000), 통신 모듈(5000) 및 동작 신호 처리 장치(6000)를 포함한다.
의류 시스템(2000)은 도 1 내지 도 3c를 참조하여 설명한 본 발명의 다양한 실시예들을 따른 동작 인식 직물 센서(1000)와 도 4 및 도 5 를 참조하여 설명한 이격위치 유지부 및/또는 밴드형 밀착 구조를 포함할 수 있다. 의류 시스템(2000)에 대한 내용은 전술한 바와 동일하므로, 상세한 설명은 생략한다.
동작 인식 직물 센서(1000)는 동작시 발생되는 노이즈 감소를 위한 패딩층, 상기 패딩층 상에 형성되는 하부 직물층, 상기 하부 직물층 상에 코팅되는 전도성 재료층, 상기 전도성 재료층에서 측정되는 신호를 전송하기 위한 신호전달용 인터커넥션 및 상기 전도성 재료층에 전력을 공급하는 전력공급용 인터커넥션 중 어느 하나 이상을 더 포함하는 전도성 인터커넥션, 및 상기 전도성 재료층 상에 형성되는 절연성 상부 직물층을 포함한다. 동작 인식 직물 센서(1000)에 대한 내용은 전술한 바와 동일하므로, 상세한 설명은 생략한다.
통신 모듈(5000)은 동작 인식 직물 센서(1000)로부터 감지된 결과를 유무선 네트워크를 통해 동작 신호 처리 장치(6000)로 전송한다. 여기서, 유선 네트워크는 LAN(local area network), WAN(wide area network) 또는 유선 인터넷(internet) 등을 포함할 수 있다. 또한, 무선 네트워크는 WiFi(wireless fidelity)와 같은 무선인터넷, WiBro(wireless broadband internet) 또는 WiMax(world interoperability for microwave access)와 같은 휴대인터넷, WCDMA(wideband code division multiple access) 또는 CDMA2000과 같은 3G 이동통신망, LTE(long term evolution)망 또는 LTE-Advanced망과 같은 4G 이동통신망, 및 5G 이동통신망 등을 포함할 수 있다. 통신 모듈(5000)은 유선 네트워크 또는 무선 네트워크를 위한 통신 프로토콜을 지원한다.
동작 인식 직물 센서(1000)는 의류 시스템(2000)의 통신 모듈(5000)과 유선 또는 무선 네트워크로 연결되어 있으며, 통신 모듈(5000)로부터 인체에 대해 감지된 생체 감지 신호를 수신한다. 동작 신호 처리 장치(6000)는 수신된 생체 감지 신호를 생체 신호 분석 프로그램 및 저장 데이터를 이용하여 분석하고, 분석된 처리 신호를 유무선 네트워크를 통해 의류 시스템(2000)으로 전송할 수 있다. 이에 따라, 통신 모듈(5000)은 분석 처리 신호를 수신할 수 있으며, 의류 시스템(2000)의 일측에 구비된 디스플레이부(미도시)를 통해 분석 결과가 표시될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명이 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
100 : 패딩층
200 : 하부 직물층
300 : 전도성 재료층
400 : 전도성 인터커넥션
500 : 절연성 상부 직물층
1000: 동작 인식 직물 센서
310, 330, 350 : 전도성 나노입자층
320, 340 : 중간 직물층
2000 : 의류 시스템
3000 : 이격위치 유지부
3000 : 밀착형 밴드 구조부
5000 : 통신 모듈
6000 : 동작 신호 처리 장치

Claims (14)

  1. 사용자의 동작을 측정하기 위한 동작 인식 직물 센서를 포함하는 의류 시스템으로서,
    상기 제 1 직물층;
    상기 제 1 직물층의 적어도 일부분 상에 형성되는 제 2 직물층;
    상기 제 2 직물층 상에 코팅되는 전도성 재료층; 및
    상기 전도성 재료층 상에 형성되는 제 3 직물층을 포함하는 동작 인식 직물 센서를 포함하며,
    상기 동작 인식 직물 센서는 상기 사용자의 동작이 발생되는 영역으로부터 이격된 위치에 배치되는 의류 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전도성 재료층은 카본 나노 튜브, 카본 금속, 카본 섬유, 전도성 고분자, 그래핀, 및 금속 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물을 포함하는 의류 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 전도성 재료층은 상기 전도성 재료층에서 측정되는 신호를 상기 동작 인식 직물 센서의 내외부로 전송하는 신호전달용 인터커넥션 및 상기 전도성 재료층에 전력을 공급하는 전력공급용 인터커넥션 중 어느 하나 이상을 더 포함하는 의류 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 동작 인식 직물 센서의 적어도 하나의 일단부에 상기 동작 인식 직물 센서를 상기 사용자의 동작이 발생되는 영역으로부터 이격시키기 위하여 연결되는 이격위치 유지부를 더 포함하는 의류 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 이격위치 유지부는 비신축성 재료로 구성되는 의류 시스템.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 이격위치 유지부는 장방형 테이프 구조, 나선형의 코드 구조, 및 복수 개의 코드들로 구성된 트위스트 구조를 포함하는 의류 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 사용자의 동작이 발생되는 영역으로부터 이격된 위치의 상기 동작 인식 직물 센서의 위치 변동을 방지하기 위한 밀착형 밴드 구조를 더 포함하는 의류 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 밀착형 밴드 구조는 상기 동작 인식 직물 센서의 일단부에 연결되거나 상기 의류 시스템의 일단부에 연결되는 의류 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 사용자의 동작이 발생되는 영역이 고관절인 경우, 상기 동작 인식 직물 센서는 상기 고관절과 이격된 상기 사용자의 허리 영역 및 상기 허리 영역의 주변부에 배치되는 의류 시스템.
  10. 동작을 측정하여 분석하기 위한 동작 인식 직물 센서로서,
    동작시 발생되는 노이즈 감소를 위한 패딩층;
    상기 패딩층 상에 형성되는 하부 직물층;
    상기 하부 직물층 상에 코팅되는 전도성 재료층;
    상기 전도성 재료층 상에 형성되고, 상기 전도성 재료층에서 측정되는 신호를 전송하기 위한 신호전달용 인터커넥션 및 상기 전도성 재료층에 전력을 공급하는 전력공급용 인터커넥션 중 어느 하나 이상을 더 포함하는 전도성 인터커넥션; 및
    상기 전도성 재료층 상에 형성되는 절연성 상부 직물층을 포함하며,
    상기 동작 인식 직물 센서는 상기 동작이 발생되는 영역으로부터 이격된 위치에 형성되는 동작 인식 직물 센서.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 패딩층 및 상기 하부 직물층 중 어느 하나 이상은 노이즈 감소를 위하여 상기 동작이 일어나는 영역으로부터 이격된 위치의 의류 홈 구조를 포함하는 동작 인식 직물 센서.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 전도성 재료층은 카본 나노 튜브, 카본 금속, 카본 섬유, 전도성 고분자, 그래핀, 및 금속 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물을 포함하는 동작 인식 직물 센서.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 전도성 재료층은 단일층 또는 적어도 두 개 이상의 전도성 나노입자층 및 중간 직물층이 적층된 형태를 포함하는 동작 인식 직물 센서.
  14. 제 1 직물층을 포함하는 의류;
    상기 제 1 직물층의 적어도 일부분 상에 형성되는 제 2 직물층; 상기 제 2 직물층 상에 코팅되는 전도성 재료층; 및 상기 전도성 재료층 상에 형성되는 제 3 직물층을 포함하는 동작 인식 직물 센서;
    상기 동작 인식 직물 센서로부터 측정된 결과를 전송하는 통신 모듈; 및
    상기 통신 모듈로부터 전송된 측정 신호를 수신 및 처리하는 동작 신호 처리 장치를 포함하고,
    상기 동작 인식 직물 센서는 상기 사용자의 동작이 발생되는 영역으로부터 이격된 위치에 배치되는 동작 신호 측정 시스템.
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