KR20200020146A - 사용자의 움직임에 기반한 고유 수용성 감각 자극 장치 - Google Patents

사용자의 움직임에 기반한 고유 수용성 감각 자극 장치 Download PDF

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Abstract

일 실시 예에 따른 사용자의 움직임에 기반한 고유 수용성 감각 자극 장치는, 사용자의 착용 파트에 착용될 수 있고, 상기 착용 파트가 움직일 때, 상기 착용 파트의 운동 정보를 감지하여, 감지된 상기 운동 정보에 기초하여 진동을 생성하여 사용자의 고유 수용성 감각을 자극하는 것을 특징으로 한다.

Description

사용자의 움직임에 기반한 고유 수용성 감각 자극 장치{PROPRIOCEPTION STIMULATOR BASED ON THE MOVEMENT OF USER}
아래의 설명은 사용자의 움직임에 기반한 고유 수용성 감각 자극 장치에 관한 것이다.
고유 수용성 감각(proprioception)은 인체의 자세나 동작을 인식하는 감각을 말한다. 고유 수용성 감각의 대표적인 예로는 근방추(muscle spindle) 및 골지건기관(golgi tendon organ)이 있다. 뇌졸중 등 뇌손상 환자의 많은 수가 운동 기능의 상실과 함께 고유 수용성 감각의 기능의 상실을 경험한다. 운동 기능을 회복하기 위한 많은 재활 방법들은 활발하게 개발되고 있으나, 고유 수용성 감각 기능을 회복하기 위한 재활 방법들은 그 중요성에 비해 비교적 개발이 활발하게 이루어지고 있지 않은 실정이다. 고유 수용성 감각이 회복되지 않을 경우, 동작의 인식이 시각에 의존되므로, 운동 기능의 완전한 회복을 기대할 수 없다.
전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출과정에서 보유하거나 습득한 것으로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에 공개된 공지기술이라고 할 수는 없다.
일 실시 예의 목적은 고유 수용성 감각을 자극하여 사용자의 고유 수용성 감각을 회복시켜줄 수 있는 장치를 개발하는 것이다. 구체적으로 일 실시 예의 목적은, 사용자의 특정한 반응을 유도하기 위한 가상의 동작 신호가 아니라, 사용자의 동작이 선행되고 그에 맞추어 고유 수용성 감각 수용기를 진동 자극을 통해 자극함으로써 실제 동작 신호를 강화시켜 사용자에게 전달하는 것이다.
또한, 일 실시 예의 목적은 사용자의 움직임에 따라 자극의 형태와 세기를 조절해줄 수 있는 장치를 개발하는 것이다.
일 실시 예에 따른 사용자의 움직임에 기반한 고유 수용성 감각 자극 장치는, 사용자의 착용 파트에 착용될 수 있고, 상기 착용 파트가 움직일 때, 상기 착용 파트의 운동 정보를 감지하여, 감지된 상기 운동 정보에 기초하여 진동을 생성하여 사용자의 고유 수용성 감각을 자극할 수 있다.
상기 운동 정보는 자세 정보, 자세 변경 속도 또는 가속도를 포함할 수 있다.
상기 사용자의 움직임에 기반한 고유 수용성 감각 자극 장치는, 상기 착용 파트를 둘러싸기 위한 복수 개의 케이스; 상기 복수 개의 케이스 중 적어도 하나 이상의 케이스에 장착되는 진동자; 및 상기 운동 정보에 기초하여, 상기 진동자를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
상기 사용자의 움직임에 기반한 고유 수용성 감각 자극 장치는, 상기 운동 정보를 측정 가능한 관성 측정 장치(IMU)를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 관성 측정 장치에서 측정된 상기 운동 정보를 기초로 상기 진동자를 제어할 수 있다.
상기 사용자의 움직임에 기반한 고유 수용성 감각 자극 장치는, 상기 진동자, 관성 측정 장치 및 제어부 중 적어도 하나 이상에 전원을 공급하는 배터리를 더 포함하고, 상기 복수 개의 케이스는 서로 이격 배치되는 제 1 케이스, 제 2 케이스 및 제 3 케이스를 포함하고, 상기 제어부는 상기 제 1 케이스 내에 배치되고, 상기 관성 측정 장치(IMU)는 제 2 케이스 내에 배치되고, 상기 배터리는 제 3 케이스 내에 배치될 수 있다.
상기 배터리는 복수 개가 구비되고, 상기 복수 개의 배터리는 각각 상기 복수 개의 케이스 중 서로 다른 케이스에 배치될 수 있다.
상기 사용자의 움직임에 기반한 고유 수용성 감각 자극 장치는, 상기 복수 개의 케이스 중 인접한 2개의 케이스를 연결하고, 탄성을 갖는 복수 개의 연결 부재를 더 포함할 수 있다.
상기 진동자의 일면은 외부로 노출되어 상기 착용 파트에 접촉 가능할 수 있다.
상기 착용 파트는 사용자의 하박, 상박, 정강이, 허벅지 및 허리 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따른 사용자의 움직임에 기반한 고유 수용성 감각 자극 장치는, 사용자의 고유 수용성 감각을 자극하여 사용자가 인체의 자세나 동작을 인식할 수 있도록 보조할 수 있다. 또한, 일 실시 예에 따른 고유 수용성 감각 자극 장치는, 사용자의 움직임에 따라 자극의 형태와 세기를 조절하여 사용자가 여러 종류의 자세나 동작을 구별할 수 있도록 보조할 수 있다.
또한, 일 실시 예에 따른 사용자의 움직임에 기반한 고유 수용성 감각 자극 장치는, 사용자의 동작을 자체적으로 인식할 수 있으므로, 필요한 자극을 별도의 조작 없이 생성할 수 있으며, 그에 따라 사용자가 장치를 착용한 후 별도의 조작 없이도 어떤 동작에서든 필요한 자극을 제공할 수 있다.
결과적으로, 일 실시 예에 따른 고유 수용성 감각 자극 장치는 사용자의 고유 수용성 감각 능력 및 전체적인 운동 기능을 향상시킬 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 일 실시 예에 따른 고유 수용성 감각 자극 장치의 사시도이다.
도 2는 일 실시 예에 따른 고유 수용성 감각 자극 장치의 정면도이다.
도 3은 일 실시 예에 따른 고유 수용성 감각 자극 장치가 사용자에 착용된 상태에서 연결 부재가 신장된 상태를 도시하는 정면도이다.
도 4는 일 실시 예에 따른 복수 개의 고유 수용성 감각 자극 장치를 착용한 사용자를 도시한 정면도이고, 사용자 팔을 외전(abduction)하는 상태를 도시한다.
도 5는 일 실시 예에 따른 복수 개의 고유 수용성 감각 자극 장치를 착용한 사용자를 도시한 정면도이고, 사용자가 상박에 대해 하박을 굽힘(flexion)하는 상태를 도시한다.
이하, 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 일 실시 예에 따른 고유 수용성 감각 자극 장치의 사시도이고, 도 2는 일 실시 예에 따른 고유 수용성 감각 자극 장치의 정면도이고, 도 3은 일 실시 예에 따른 고유 수용성 감각 자극 장치가 사용자에 착용된 상태에서 연결 부재가 신장된 상태를 도시하는 정면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 사용자의 움직임에 기반한 고유 수용성 감각 자극 장치(1, 이하, 고유 수용성 감각 자극 장치라고 함)는 사용자의 착용 파트에 착용될 수 있고, 착용 파트가 움직일 때, 착용 파트의 운동 정보를 감지하여, 감지된 운동 정보에 기초하여 진동을 생성하여 고유 수용성 감각을 자극할 수 있다.
여기서, "착용 파트"는 예를 들어 사용자의 하박, 상박, 정강이, 허벅지 및 허리 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 4 및 도 5는 고유 수용성 감각 자극 장치(1)가 사용자의 왼팔 및 오른팔 각각의 하박 및 상박에 착용된 상태를 도시한다. 여기서, "운동 정보"는 현재 자세, 자세 변경 속도 또는 가속도를 포함할 수 있다.
다시 말하면, 고유 수용성 감각 자극 장치(1)는 사용자의 신체 일부에 착용될 수 있고, 상기 신체 일부의 현재 자세, 자세 변경 속도 또는 가속도를 감지하여, 감지된 현재 자세, 자세 변경 속도 또는 가속도에 기초하여, 그에 대응하는 진동을 생성하여 고유 수용성 감각을 자극할 수 있다. 즉, 고유 수용성 감각 자극 장치(1)는 동작을 유도하는 방식이 아니라, 이미 수행된 동작에 따른 고유 수용성 감각을 자극하는 방식으로 구동된다.
고유 수용성 감각 자극 장치(1)는 복수 개의 케이스(10), 진동자(11), 관성 측정 장치(12, IMU), 배터리(13), 제어부(14) 및 복수 개의 연결 부재(19)를 포함할 수 있다.
복수 개의 케이스(10)는 착용 파트를 둘러쌀 수 있다. 복수 개의 케이스(10)는 착용 파트를 둘러싸기 위해 원주 방향으로 배열될 수 있다. 복수 개의 케이스(10)의 내측은 사용자의 착용 파트에 접촉한 상태를 유지할 수 있다. 복수 개의 케이스(10)의 내측 표면에는 진동자(11)를 구비하기 위한 홈이 형성될 수 있다. 복수 개의 케이스(10)는 도시된 바와 같이 8개의 케이스를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 여기서, 복수 개의 케이스(10) 각각은 제 1 케이스, 제 2 케이스 및 제 3 케이스 등으로 지칭될 수 있다.
복수 개의 케이스(10)의 내측에는 후술하는 관성 측정 장치(12), 배터리(13) 및 제어부(14)를 수용하기 위한 중공이 마련될 수 있다. 복수 개의 케이스(10)는 직육면체 형상으로 도시되었으나 이에 제한되지 않는다. 바람직하게 복수 개의 케이스(10)는 사용자의 접촉 부분과 면 접촉할 수 있는 형상을 가질 수 있다.
진동자(11)는 복수 개의 케이스(10) 중 적어도 하나 이상의 케이스에 장착될 수 있다. 진동자(11)는 진동을 생성하여 사용자, 구체적으로는 고유 수용성 감각에 전달할 수 있다. 진동자(11)는 예를 들어 근방추 및/또는 골지건기관으로 진동을 전달할 수 있다. 진동자(11)의 일면은 외부로 노출되어 착용 파트에 직접적으로 접촉 가능하다. 예를 들어, 진동자(11)는 케이스(10)의 내측에 형성되는 홈에 배치될 수 있다. 진동자(11)에서 생성된 자극은 고유 수용성 감각뿐만 아니라 피부를 진동시킴으로써 사용자에게 동작에 대한 피드백(feedback) 정보를 제공하여, 고유 수용성 감각을 보조할 수 있게 한다.
진동자(11)는 후술하는 배터리(13)로부터 동력을 공급받을 수 있고, 제어부(14)에 의해 진폭 및/또는 진동수가 제어될 수 있다.
진동자(11)는 복수 개가 구비될 수 있다. 예를 들어, 진동자(11)는 복수 개의 케이스(10)와 동일한 수로 존재할 수 있다. 진동자(11) 각각은 복수 개의 케이스(10) 각각에 배치될 수 있다. 진동자(11)는 사용자의 착용 파트 둘레에 골고루 진동을 전달하므로, 사용자의 고유 수용성 감각, 예를 들어, 근방추 및/또는 골지건기관, 혹은 피부의 자극 수용기로 보다 효율적으로 진동을 전달할 수 있다.
관성 측정 장치(12)는 운동 정보를 측정 가능하다. 예를 들어, 관성 측정 장치(12)는 3축(x축, y축, z축) 상의 속도 및/또는 가속도를 측정 가능하다. 관성 측정 장치(12)에서 측정된 운동 정보에 기초하여, 제어부(14)는 진동자(11)를 제어할 수 있다. 관성 측정 장치(12)는 복수 개의 케이스(10) 중 어느 하나의 케이스 내에 배치될 수 있다. 관성 측정 장치(12)는 케이스(10)에 내장될 수 있고, 관성 측정 장치(12) 내로 이물질이 유입되는 것이 방지될 수 있다.
배터리(13)는 진동자(11), 관성 측정 장치(12) 및 제어부(14) 중 적어도 하나 이상에 전원을 공급할 수 있다. 배터리는 복수 개의 케이스(10) 중 어느 하나의 케이스 내에 배치될 수 있다. 배터리(13)는 케이스(10)에 내장될 수 있고, 배터리(13) 내로 이물질이 유입되는 것이 방지될 수 있다. 관성 측정 장치(12) 및 배터리(13)는 서로 다른 케이스(10)에 배치될 수 있다. 또한, 배터리(13)는 복수 개가 구비될 수 있고, 복수 개의 배터리(13)는 각각 복수 개의 케이스(10) 중 서로 다른 케이스에 배치될 수 있다. 배터리(13)는 고유 수용성 감각 자극 장치(1)의 다른 구성 요소보다 상대적으로 무거울 수 있다. 배터리(13)를 복수 개(도면 상에서는 2개)로 나눔으로써 복수 개의 케이스(10)에 골고루 하중이 인가되게 할 수 있다. 예를 들어, 2개의 배터리(13)는 서로 마주하는 케이스(10)에 각각 배치될 수 있다.
제어부(14)는 운동 정보에 기초하여, 진동자(11)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(14)는 관성 측정 장치(12)로부터 운동 정보, 예를 들어, 속도 또는 가속도 측정값을 수신하여, 이를 기초로 진동자(11)를 제어할 수 있다. 제어부(14)는 진동자(11)가 생성하는 진동의 진폭 및/또는 진동수를 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(14)는 측정된 속도 또는 가속도의 크기가 상대적으로 작을 때, 진동자(11)가 생성하는 진동의 진폭 또는 진동수를 낮출 수 있다. 한편, 제어부(14)는 측정된 속도 또는 가속도의 크기가 상대적으로 클 때, 진동자(11)가 생성하는 진동의 진폭 또는 진동수를 높일 수 있다. 제어부(14)는 관성 측정 장치(12) 및 배터리(13)가 배치되지 않은 케이스(10)에 배치될 수 있다.
복수 개의 연결 부재(19)는 복수 개의 케이스(10) 중 인접한 2개의 케이스(10)를 연결할 수 있다. 예를 들어, 8개의 케이스(10)가 구비되는 경우, 연결 부재(19)는 8개가 구비될 수 있다. 연결 부재(19)는 탄성을 가질 수 있다. 고유 수용성 감각 자극 장치(1)가 착용 파트에 착용될 때, 연결 부재(19)는 신장될 수 있다. 연결 부재(19)는 복수 개의 케이스(10)가 착용 파트에 밀착하도록 보조할 수 있다. 복수 개의 연결 부재(19)로 인해 각각의 케이스(10)는 사용자의 착용 파트에 밀착할 수 있다. 이에 따라, 사용자는 수용성 감각 자극 장치(1)를 장착한 상태로 편하게 옷을 입을 수 있다.
수용성 감각 자극 장치(1)는 별도의 외부와의 통신 없이도 작동 가능한 스탠드 얼론(stand-alone) 장치이다. 수용성 감각 자극 장치(1)는 여러 가지 동작에 대응하는 진동을 생성하여 고유 수용성 감각을 자극할 수 있다. 수용성 감각 자극 장치(1)는, 환자의 자유로운 재활 동작이 이루어지는 상황에서 그 동작에 맞추어 약화된 고유 수용성 감각 기능을 보강시킬 수 있다. 수용성 감각 자극 장치(1)는 외부로부터 신호를 제공받지 않아도, 자체 내장된 관성 측정 장치(12)를 통해, 운동 정보를 확보하고 이에 기초하여 진동을 생성할 수 있으므로, 다양한 동작에 따른 다양한 자극을 인가할 수 있다.
도 4는 일 실시 예에 따른 복수 개의 고유 수용성 감각 자극 장치를 착용한 사용자를 도시한 정면도이고, 사용자 팔을 외전(abduction)하는 상태를 도시한다. 도 5는 일 실시 예에 따른 복수 개의 고유 수용성 감각 자극 장치를 착용한 사용자를 도시한 정면도이고, 사용자가 상박에 대해 하박을 굽힘(flexion)하는 상태를 도시한다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 사용자(U)는 오른팔의 하박에 제 1 수용성 감각 자극 장치(1A)를 착용하고, 오른팔의 상박에 제 2 수용성 감각 자극 장치(1B)를 착용한 상태이다. 또한, 사용자(U)는 왼팔의 하박에 제 3 수용성 감각 자극 장치(1C)를 착용하고, 왼팔의 상박에 제 4 수용성 감각 자극 장치(1D)를 착용한 상태이다.
도 4에서와 같이, 사용자가 오른팔을 외전할 경우, 제 1 수용성 감각 자극 장치(1A) 및 제 2 수용성 감각 자극 장치(1B)에서 적절한 진동이 생성될 수 있다. 제 1 수용성 감각 자극 장치(1A) 및 제 2 수용성 감각 자극 장치(1B)로부터 전달되는 진동은 사용자로 하여금 신체의 자세 및 동작을 보다 정확하게 인식하게 할 수 있다. 한편, 왼팔은 가만히 있는 상태이므로, 제 3 수용성 감각 자극 장치(1C) 및 제 4 수용성 감각 자극 장치(1D)에서는 진동이 생성되지 않을 수 있다.
도 5에서와 같이, 사용자가 오른팔의 상박을 고정시킨 상태로, 오른팔의 하박을 굽힘할 경우, 제 1 수용성 감각 자극 장치(1A)는 오른팔의 하박의 운동 정보에 따른 진동을 생성하고, 제 2 수용성 감각 자극 장치(1B)는 진동을 생성하지 않을 수 있다. 사용자는 오른팔의 동작을 보다 정확하게 인식할 수 있다.
또한, 도 5에서와 같이, 사용자가 왼팔의 상박을 고정시킨 상태로, 왼팔의 하박을 신장(extension)할 경우, 제 3 수용성 감각 자극 장치(1C)는 왼팔의 하박의 운동 정보에 따른 진동을 생성하고, 제 4 수용성 감각 자극 장치(1D)는 진동을 생성하지 않을 수 있다. 사용자는 왼팔의 동작을 보다 정확하게 인식할 수 있다.
이상과 같이 비록 한정된 도면에 의해 실시 예들이 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구조, 장치 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.

Claims (9)

  1. 사용자의 착용 파트에 착용될 수 있고, 상기 착용 파트가 움직일 때, 상기 착용 파트의 운동 정보를 감지하여, 감지된 상기 운동 정보에 기초하여 진동을 생성하여 사용자의 고유 수용성 감각을 자극하는 것을 특징으로 하는, 사용자의 움직임에 기반한 고유 수용성 감각 자극 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 운동 정보는 속도 또는 가속도를 포함하는 것을 특징으로 하는, 사용자의 움직임에 기반한 고유 수용성 감각 자극 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 착용 파트를 둘러싸기 위한 복수 개의 케이스;
    상기 복수 개의 케이스 중 적어도 하나 이상의 케이스에 장착되는 진동자; 및
    상기 운동 정보에 기초하여, 상기 진동자를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 사용자의 움직임에 기반한 고유 수용성 감각 자극 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 운동 정보를 측정 가능한 관성 측정 장치(IMU)를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 관성 측정 장치에서 측정된 상기 운동 정보를 기초로 상기 진동자를 제어하는 것을 특징으로 하는, 사용자의 움직임에 기반한 고유 수용성 감각 자극 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 진동자, 관성 측정 장치 및 제어부 중 적어도 하나 이상에 전원을 공급하는 배터리를 더 포함하고,
    상기 복수 개의 케이스는 서로 이격 배치되는 제 1 케이스, 제 2 케이스 및 제 3 케이스를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 제 1 케이스 내에 배치되고, 상기 관성 측정 장치(IMU)는 제 2 케이스 내에 배치되고, 상기 배터리는 제 3 케이스 내에 배치되는 것을 특징으로 하는, 사용자의 움직임에 기반한 고유 수용성 감각 자극 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 배터리는 복수 개가 구비되고,
    상기 복수 개의 배터리는 각각 상기 복수 개의 케이스 중 서로 다른 케이스에 배치되는 것을 특징으로 하는, 사용자의 움직임에 기반한 고유 수용성 감각 자극 장치.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 복수 개의 케이스 중 인접한 2개의 케이스를 연결하고, 탄성을 갖는 복수 개의 연결 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 사용자의 움직임에 기반한 고유 수용성 감각 자극 장치.
  8. 제 3 항에 있어서,
    상기 진동자의 일면은 외부로 노출되어 상기 착용 파트에 접촉 가능한 것을 특징으로 하는, 사용자의 움직임에 기반한 고유 수용성 감각 자극 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 착용 파트는 사용자의 하박, 상박, 정강이, 허벅지 및 허리 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 사용자의 움직임에 기반한 고유 수용성 감각 자극 장치.
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