KR20210070059A - 압전센서를 이용한 모션 커뮤니케이션 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 압전센서를 이용한 모션 커뮤니케이션 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 시스템은, 사용자의 손가락에 부착되어, 사용자의 손가락의 움직임에 따른 전기신호값을 생성하는 압전센서, 적어도 하나의 인스트럭션을 저장하기 위한 메모리 및 메모리에 저장된 적어도 하나의 인스트럭션을 실행하는 적어도 하나의 프로세서를 포함하고, 프로세서는 적어도 하나의 인스트럭션을 실행함으로써, 압전센서 별 측정값과 기준치를 비교하고, 비교의 결과를 기초로 측정값을 이진화하며, 이진화된 측정값의 조합과 매칭되는 언어요소를 추정할 수 있다.

Description

압전센서를 이용한 모션 커뮤니케이션 시스템 및 방법{MOTION COMMUNICATION SYSTEM AND METHOD USING PIEZOELECTRIC SENSOR}
본 발명은 압전센서를 이용한 모션 커뮤니케이션 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 형상적응형 플렉서블 소재를 통해 제작된 압전센서가 손가락의 움직임(bending)의 크기에 따라 발생시키는 전기 신호값을 기초로 이에 대응하는 언어를 추정함으로써, 사용자 간의 의사소통이 가능하도록 하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
최근 손가락, 손 등의 신체의 움직임을 이용하여 사람 간에 의사소통이 이루어질 수 있도록 하는 다양한 기술들이 개발되어 오고 있다. 글러브에 장착된 센서를 이용한 손가락의 움직임 감지 또는 카메라를 이용한 손가락의 움직임 감지를 통해 수화를 인식하고, 이를 문자 형태로 표현하여 제공하는 시스템이 대표적인 예이다. 이와 같은 시스템을 이용하면, 수화 체계에 대한 이해가 부족하더라도 전달하고자 하는 의사가 문자로 표현되므로, 시스템 사용자 간에 원활한 의사소통이 이루어질 수 있다.
그러나, 카메라를 이용하여 손가락의 움직임을 감지하는 방식의 경우, 카메라의 촬영 범위, 각도, 빛 반사 등 손의 이미지에 영향을 미칠 수 있는 방해요소들로 인해 정확한 감지가 어렵다는 문제가 존재한다. 즉, 손가락의 움직임을 감지하는데 영향을 미치는 방해요소들을 최소화하기 위해서 카메라의 배치, 종류 등이 반드시 고려되어야 한다는 점에서 사용자의 편의성이 떨어지고 사용이 제한적일 수 밖에 없다.
반면, 센서를 이용하여 손가락의 움직임을 직접적으로 감지하는 방식의 경우, 손에 장착된 글러브 등을 통해 손가락의 움직임에 따른 변화를 직접적으로 감지하므로, 카메라를 이용한 감지 방식에 비해 주변 환경의 영향이 적고 정확한 인식이 가능하다.
하지만, 종래에 개발된 센서들은 손가락의 구부림 또는 펼침 동작에 따라 유연하게 반응하지 못해 손상되거나 변형되어 오래 사용하지 못하고 인식률이 떨어지는 문제가 있다. 또한, 종래의 시스템은 사용자의 신체구조를 전혀 고려하지 않은채 손가락 상에 배치되어 사용되므로, 사용자의 의도와는 다른 문자가 표현되는 경우가 빈번히 발생하는 문제가 존재한다. 더불어, 종래의 시스템은 손가락의 움직임 인식 및 언어 추정의 전반적인 과정의 복잡도로 인해 다양한 언어 체계에서의 활용도가 떨어진다는 단점이 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2012-0035712호 (2012.04.16)
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 납을 포함하지 않고, 생체친화적이며 유연한 소재를 통해 제작된 압전센서를 이용함으로써, 종래 대비 사용자의 신체 움직임에 따른 신호 인식률 및 정확도를 개선시킬 수 있는 모션 커뮤니케이션 시스템 및 방법을 제공함에 목적이 있다.
또한, 사용자의 신체 구조에 최적화된 신호 검출 및 이진화를 이용한 언어 매칭을 통해 활용도가 높은 수화 체계를 구축할 수 있는 모션 커뮤니케이션 시스템 및 방법을 제공함에 목적이 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 압전센서를 이용한 모션 커뮤니케이션 시스템은, 사용자의 손가락에 부착되어, 사용자의 손가락의 움직임에 따른 전기신호값을 생성하는 압전센서, 적어도 하나의 인스트럭션을 저장하기 위한 메모리 및 메모리에 저장된 적어도 하나의 인스트럭션을 실행하는 적어도 하나의 프로세서를 포함하고, 프로세서는 적어도 하나의 인스트럭션을 실행함으로써, 압전센서 별 측정값과 기준치를 비교하고, 비교의 결과를 기초로 측정값을 이진화하며, 이진화된 측정값의 조합과 매칭되는 언어요소를 추정할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 압전센서는 복수개의 전극들 및 전극들의 사이에 배치되는 나노섬유를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 나노섬유는 소정의 온도에서 어닐링된(annealed) 섬유로서, 두께는 80㎛일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 프로세서는 적어도 하나의 인스트럭션을 실행함으로써, 압전센서 별 측정값에 대한 분석을 통해 사용자의 손가락에 부착된 압전센서 각각에 대한 기준치를 결정하고, 메모리에 저장할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 언어요소에는 알파벳 또는 소정의 단어가 포함될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 프로세서는 적어도 하나의 인스트럭션을 실행함으로써, 언어요소가 알파벳인 경우, 사용자의 양손의 손가락 중 엄지, 검지 및 중지에 부착된 압전센서의 측정값을 기초로 도출된 조합에 따라 알파벳을 추정할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 압전센서를 이용한 모션 커뮤니케이션 방법은, 사용자의 손가락에 부착된 압전센서가 손가락의 움직임에 따른 전기신호값을 생성하는 단계, 프로세서가 압전센서 별 측정값과 기준치를 비교하는 단계, 프로세서가 비교의 결과를 기초로 측정값을 이진화하는 단계 및 프로세서가 이진화된 측정값의 조합과 매칭되는 언어요소를 추정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 모션 커뮤니케이션 방법은, 프로세서가 압전센서 별 측정값에 대한 분석을 통해 사용자의 손가락에 부착된 압전센서 각각에 대한 기준치를 결정하고, 메모리에 저장하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 언어요소를 추정하는 단계에서는, 언어요소가 알파벳인 경우, 프로세서가 사용자의 양손의 손가락 중 엄지, 검지 및 중지에 부착된 압전센서의 측정값을 기초로 도출된 조합에 따라 알파벳을 추정할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시 예에 의하면, 전술한 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예로서 제공되는 모션 커뮤니케이션 시스템 및 방법을 이용하면, 납을 포함하지 않고, 생체친화적이며 유연한 소재를 통해 제작된 압전센서를 이용함으로써, 센서의 신호 인식률 및 정확도를 개선시킬 수 있으므로, 사용자 간의 의사소통을 위한 모션 인식 및 신호 검출의 신뢰성과 정확성을 종래 대비 대폭 향상시킬 수 있다.
또한, 손가락의 움직임을 이진화하고, 이진화된 움직임에 매칭되는 언어를 제공함으로써, 사용자의 필요 또는 상황에 따라 다양한 수화 체계에 손쉽게 활용할 수 있다는 장점을 가진다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 압전센서를 이용한 모션 커뮤니케이션 시스템의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 사용자의 손가락에 부착된 압전센서의 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 나노섬유의 어닐링 온도 변화에 기초한 압전센서의 출력 변화를 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 나노섬유의 두께 변화에 기초한 압전센서의 출력 변화를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 나노섬유의 두께 변화에 따른 압전센서의 중심축 변화를 형상화한 그림이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 압전센서의 내구성 및 안정성 테스트 결과를 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 프로세서의 블록도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 (a) 압전센서가 부착된 손가락 사진, (b) 31개의 손가락 움직임의 조합으로 나타낸 31개의 문자를 정리한 표이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 (a) "THANK YOU!"라는 문자가 출력된 시스템의 동작 사진, (b) "THANK YOU!"라는 문자의 출력을 위한 압전센서의 측정값을 정리한 표이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 프로세서의 언어요소 추정 과정을 나타낸 순서도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 압전센서를 이용한 모션 커뮤니케이션 방법의 순서도이다.
본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 또한, 명세서 전체에서 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, "그 중간에 다른 구성을 사이에 두고" 연결되어 있는 경우도 포함한다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 압전센서(100)를 이용한 모션 커뮤니케이션 시스템의 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 모션 커뮤니케이션 시스템은, 사용자의 손가락에 부착되어, 사용자의 손가락의 움직임에 따른 전기신호값을 생성하는 압전센서(100), 적어도 하나의 인스트럭션을 저장하기 위한 메모리(200) 및 메모리(200)에 저장된 적어도 하나의 인스트럭션을 실행하는 적어도 하나의 프로세서(300)를 포함하고, 프로세서(300)는 적어도 하나의 인스트럭션을 실행함으로써, 압전센서(100) 별 측정값과 기준치를 비교하고, 비교의 결과를 기초로 측정값을 이진화하며, 이진화된 측정값의 조합과 매칭되는 언어요소를 추정할 수 있다.
압전센서(100)는 손가락의 구부림 또는 펼침과 같은 손가락의 움직임에 의해 발생하는 기계적인 힘을 전기신호로 변환하기 위한 구성으로서, 왼손과 오른손의 마디마다 부착되어 사용될 수 있다. 손가락 각각의 개별적인 움직임은 압전센서(100)마다 할당된 번호 등의 고유의 식별번호를 통해 구별될 수 있다. 예를 들어, 왼손의 엄지, 검지, 중지, 약지, 소지 각각에 압전센서 1 내지 5가 부착되었다고 가정하면, 압전센서 1 내지 5 각각이 측정한 전기신호값을 기초로 왼손의 5개 손가락 중 어떤 손가락에서 구부림 또는 펼침과 같은 움직임이 일어났는지가 구별될 수 있다.
메모리(200) 및 프로세서(300)는 하나의 컴퓨팅 장치에서 서로 연동되도록 구성될 수 있다. 이때, 컴퓨팅 장치는 압전센서(100)와 유무선 네트워크 통신을 통해 데이터를 송수신할 수 있다. 즉, 압전센서(100)가 손가락의 움직임에 따른 전기신호값을 생성하면, 생성된 전기신호값은 유무선 네트워크 통신을 통해 프로세서(300)로 전달되고, 프로세서(300)는 메모리(200)에 저장된 인스트럭션을 실행하여 손가락의 움직임에 알맞은 언어요소를 추정할 수 있다. 또한, 프로세서(300)는 메모리(200)에 저장된 인스트럭션을 실행하여 손가락의 움직임에 매칭되는 언어요소를 컴퓨팅 장치의 디스플레이 또는 컴퓨팅 장치와 연동되는 웨어러블 장치의 디스플레이 등을 통해 출력할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 사용자의 손가락에 부착된 압전센서(100)의 개략적인 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 압전센서(100)는 복수개의 전극들(110) 및 전극들(110)의 사이에 배치되는 나노섬유(120)를 포함할 수 있다. 나노섬유(120)는 나노미터 범위의 직경을 갖는 섬유로서, 상이한 중합체로부터 생성될 수 있으며, 마이크로섬유와 비교하여 큰 표면적 대 부피비, 높은 다공성, 상당한 기계적 강도 및 유연성을 가진다. 즉, 도 2와 같이 전극들(110)과 그 사이에 배치되는 나노섬유(120)를 통해 압전센서(100)를 제작할 경우, 납을 포함하지 않으므로 생체친화적이며, 종래 대비 유연하고 가벼운 장점을 가질 수 있으며, 사용자의 착용감을 향상시킬 수 있다.
또한, 도 2를 참조하면, 압전센서(100)는 전극들(110) 및 나노섬유(120)가 사이에 배치되는 접착층(130)을 포함할 수 있다. 접착층(130)은 전극들(110)과 나노섬유(120)를 감싸도록 배치되어 전극들(110) 및 나노섬유(120)를 보호하고, 압전센서(100)에 부착력을 제공할 수 있다. 예를 들어, 접착층(130)은 내열성을 갖춘 폴리이미드(polyimide) 테이프 등일 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 나노섬유의 어닐링 온도 변화에 기초한 압전센서의 출력 변화를 나타낸 그래프이다.
특정 용매(solvent)를 기준으로 나노섬유의 어닐링 온도를 조절하면, 나노섬유의 표면 형태(morphology)를 변화시킬 수 있다. 예를 들어, 나노섬유의 어닐링 온도가 높아질수록 나노섬유를 구성하는 고분자 사슬(polymer chain)의 운동에너지가 높아져 표면 형태가 변화하게 된다. 이러한 나노섬유의 표면 형태의 변화는 나노섬유 자체의 특성을 변화시키고, 특성의 변화는 압전센서의 성능(performance)에 영향을 미친다. 따라서, 손가락의 움직임에 따른 압전센서의 출력 정확도를 향상시키기 위해서는 나노섬유의 어닐링 온도를 조절하여 압전센서의 성능을 최적화시키는 것이 필요하다. 다시 말해서, 압전센서의 성능을 향상시키기 위해서 나노섬유의 표면 형태를 변화시키지 않으면서 운동에너지를 최대치로 향상시킬 수 있는 적정 어닐링 온도를 찾는 것이 필요하다.
도 3을 참조하면, 특정 용매를 기준으로 어닐링 온도가 증가함에 따라 압전센서의 측정값은 점차 증가하나, 95℃를 기점으로 압전센서의 측정값은 감소하는 추세를 보임을 확인할 수 있다. 즉, 전술하였듯이 나노섬유의 표면 형태는 어닐링 온도가 높아질수록 변화하고 압전센서의 성능을 저하시키게 되는데, 이와 같은 변화의 기준점이 95℃가 됨을 도 3을 참조하면 알 수 있다.
용매마다 어닐링 온도에 따른 전력값의 변화는 도 3과 같은 경향성을 공통적으로 보이지만, 최대 전력값일 나타내는 온도(i.e. 변화의 기준점이 되는 온도)는 어닐링에 사용되는 용매의 종류에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 나노섬유(120)는 용매마다 결정되는 최대 전력값을 출력하는 온도로 어닐링되어 제작될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 나노섬유의 두께 변화에 기초한 압전센서의 출력 변화를 나타낸 그래프, 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 나노섬유의 두께 변화에 따른 압전센서의 중심축 변화를 형상화한 그림이다.
나노섬유의 어닐링 온도뿐만 아니라 나노섬유의 두께 또한 압전센서의 성능에 영향을 미친다. 나노섬유의 두께가 두꺼워지면, 활성물질(active material)이 증가하게 되므로, 압전센서의 출력값이 증가하는 것이 일반적이다. 그러나, 나노섬유의 두께가 일정 수준이상 두꺼워지면, 압전센서의 중립축(neural axis)이 나노섬유의 내부에 위치하게 되므로, 손가락의 구부림 동작에 의한 압력(strain)을 압전센서가 온전히 받을 수 없는 문제가 발생한다. 이는 압전센서의 중립축을 기준으로 상하 압력이 상쇄되기 때문인 것으로 분석된다. 따라서, 압전센서의 성능을 최적화시키기 위해서 적절한 나노섬유의 두께를 선정하는 것이 필요하다.
도 4를 참조하면, 나노섬유의 두께가 증가함에 따라 압전센서의 측정값 및 출력값은 점차 증가하나, 80㎛를 기점으로 압전센서의 측정값 및 출력값은 감소하는 것을 확인할 수 있다. 또한, 도 5를 참조하면, 상부 접착층은 150㎛, 하부 접착층은 75㎛, 하부 접착층의 아래에 배치된 PEN(polyethylene naphthalate)은 125㎛, 전극들은 15㎛인 경우, 나노섬유의 두께가 80㎛이상이 되면, 압전센서의 중립축이 나노섬유의 내부에 위치하게 됨을 확인할 수 있다. 즉, 전술하였듯이 압전센서의 중립축이 나노섬유의 내부에 위치하게 되는 두께 이상부터는 압전센서의 성능이 저하되는데, 이와 같은 변화의 기준점이 80㎛가 됨을 도 4 및 5를 참조하면 알 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 압전센서(100)는 80㎛의 두께를 갖는 나노섬유(120)로 제작될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 압전센서(100)의 내구성 및 안정성 테스트 결과를 나타낸 그래프이다.
종래의 압전센서는 손가락의 구부림과 펼침 동작에 따라 작용하는 힘에 의해 휘거나 손상되는 등의 변형이 일어나므로, 시간이 지날수록 제대로된 성능을 보여주지 못하는 한계가 존재한다. 반면, 도 6을 참조하면, 전술한 어닐링 온도 및 두께로 제작된 나노섬유(120)를 이용한 압전센서(100)는 0.67Hz 이하의 주파수로 5000 사이클 이상 동작시켜도, 압전센서(100)의 출력폭이 거의 변화하지 않는 것을 확인할 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시 예에 따른 압전센서(100)는 사용에 의한 변형 및 성능 저하가 거의 일어나지 않으므로, 종래의 압전센서 대비 안정적이고 강한 내구성을 가짐을 알 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 프로세서(300)의 블록도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 프로세서(300)는, 압전센서(100)에 의해 측정된 전기신호값을 수신하고, 아날로그값인 전기신호값을 디지털값으로 변환하는 데이터 획득부(310), 데이터 획득부(310)를 통해 변환된 디지털값을 기초로 기준치를 최적화하고, 디지털값과 기준치를 비교하는 데이터 분석부(320), 디지털값과 기준치를 비교한 결과를 기초로 디지털값을 이진화하는 데이터 이진화부(330), 이진화 결과값의 조합에 매칭되는 언어요소를 결정하는 언어요소 추정부(340)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 데이터 획득부(310)는, 손가락 마디에 부착된 압전센서(100) 각각의 전기신호값을 압전센서(100)의 식별정보에 따라 구분하여 획득할 수 있다. 이때, 데이터 획득부(310)는 아날로그값으로 획득한 전기신호값을 디지털값으로 변환할 수 있다. 이러한 작업을 위해서 데이터 획득부(310)는 압전센서(100) 각각의 전기신호값을 구분하고, 그 중 하나를 선택적으로 출력시키기 위한 멀티플렉서(multimplexer) 및 아날로그/디지털 변환기(analog-digital conveter) 등을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 데이터 분석부(320)는 손가락의 구부림 또는 펼침 여부의 판단을 위한 기준치를 압전센서(100)마다 개별적으로 결정할 수 있다. 사용자마다 손가락의 구부림 또는 펼침의 강도가 다르고, 손가락마다 구부림 또는 펼침의 강도가 다르기 때문에, 사용자와 손가락을 고려하지 않고 일괄적으로 동일한 기준치를 압전센서(100)마다 설정할 경우에는 오차 및 오류가 발생할 수 밖에 없다. 따라서, 사용자 개개인의 움직임에 알맞은 기준치를 설정하기 위해 데이터 분석부(320)는 압전센서(100) 별 측정값에 대한 누적 분석을 통해 사용자의 손가락에 부착된 압전센서(100) 각각에 대한 기준치를 결정하고, 메모리(200)에 저장할 수 있다. 기준치는 손가락의 구부림 또는 펼침 중 어느 하나를 판단하기 위해 설정된 값을 말한다.
압전센서(100) 별 기준치 설정이 완료되면, 데이터 분석부(320)는 압전센서(100)의 측정값(i.e. 디지털값)이 기준치 이상인지 여부를 판단할 수 있다. 만약 식별정보에 따라 구별된 압전센서(100) 중 어느 하나에 대한 기준치가 최적화되어 있지 않은 것으로 판단된 경우, 데이터 분석부(320)는 해당 압전센서(100)에 대한 기준치를 최적화하기 위한 측정값의 누적 분석을 수행하고, 나머지 압전센서(100)에 대해서는 기준치와의 비교를 별도로 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 데이터 이진화부(330)는 데이터 분석부(320)의 비교 판단 결과를 기초로 압전센서(100)의 측정값을 1 또는 0의 값으로 이진화할 수 있다. 예를 들어, 압전센서(100)의 측정값이 기준치 이상인 것으로 판단된 경우, 데이터 이진화부(330)는 압전센서(100)의 측정값을 1로 변환하여 메모리(200)에 저장할 수 있다. 압전센서(100)의 측정값이 기준치 이하인 것으로 판단된 경우, 데이터 이진화부(330)는 압전센서(100)의 측정값을 0으로 변환하여 메모리(200)에 저장할 수 있다. 즉, 만약 기준치가 손가락의 펼침을 판단하기 위해 설정된 값이라면, 데이터 이진화부(330)는 손가락이 펼쳐진 상태인 경우에는 1, 손가락이 굽혀진 상태인 경우에는 0으로 압전센서(100)의 측정값을 변환하여 메모리(200)에 저장할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 언어요소 추정부(340)는 이진화된 압전센서(100) 별 측정값을 조합하여 어떠한 언어요소에 매칭되는지 여부를 판단할 수 있다. 이때, 언어요소에는 알파벳 또는 소정의 단어 등이 포함될 수 있다. 즉, 언어요소 추정부(340)는 1 또는 0으로 결정된 압전센서(100)의 측정값들을 조합한 결과에 대응되는 알파벳 또는 소정의 단어를 추정할 수 있다. 예를 들어, 총 10개의 손가락 각각에 대한 압전센서(100)의 측정값들이 1 또는 0으로 결정된 경우, 언어요소 추정부(340)는 압전센서(100)의 식별정보의 순서에 맞추어 10자리의 숫자를 1과 0의 조합으로 도출할 수 있다. 언어요소 추정부(340)는 10자리의 숫자에 대응되는 단어를 데이터베이스에서 매칭시킴으로써, 10개의 손가락 움직임에 대응되는 단어를 추정할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 (a) 압전센서(100)가 부착된 손가락 사진, (b) 31개의 손가락 움직임의 조합으로 나타낸 31개의 문자를 정리한 표이다.
압전센서(100)가 도 8의 (a)와 같이 왼손의 엄지 및 검지, 오른손의 엄지, 검지 및 중지에 부착되는 경우, 언어요소를 추정하기 위한 이진화값의 조합으로서, 32가지의 조합이 생성될 수 있다. 이와 같은 32가지의 조합은 언어요소가 알파벳인 경우에 최적화된 조합으로서, 알파벳과 32가지의 조합은 도 8의 (b)와 같은 매칭표로 정리될 수 있다. 이때, 32가지의 조합 중 모든 손가락을 움직이지 않은 상태가 기본값(default)으로 설정되고, 나머지 31가지 조합에는 알파벳뿐만 아니라 쉼표, 마침표, 느낌표, 물음표 및 띄어쓰기와 같은 기본적인 문장 구성에 필요한 부호가 대응되어 설정될 수 있다.
한편, 사람의 신체 구조 상 약지와 소지의 경우, 다른 손가락(i.e. 엄지, 검지 및 중지)에 비해 구부리거나 펴는 동작을 독립적으로 수행하기 어렵다. 일반적으로 약지를 구부리는 경우, 약지와 함께 중지와 약지가 구부러지게 되고, 이는 사용자 스스로가 컨트롤하기가 쉽지 않다. 즉, 약지와 소지에 압전소자가 부착되어 약지와 소지의 움직임을 감지하는 경우, 사용자의 의도와는 다르게 부정확한 측정값이 프로세서(300)에 전달되어 언어화되는 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 전술한 도 8과 같이 중지와 약지를 제외한 엄지, 검지 및 중지의 움직임을 기준으로 한 이진화 기법을 통해 알파벳을 추정하면, 손가락의 움직임을 정확히 반영하여 알파벳 추정의 오차를 줄일 수 있으면서도 의사소통에 문제없는 알파벳 기반의 수화 체계를 마련할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 (a) "THANK YOU!"라는 문자가 출력된 시스템의 동작 사진, (b) "THANK YOU!"라는 문자의 출력을 위한 압전센서(100)의 측정값을 정리한 표이다.
도 9의 (a)와 같이 사용자는 왼손의 엄지 및 검지, 오른손의 엄지, 검지 및 중지의 구부림 또는 펼침을 제어하여 "THANK YOU!"라는 문장을 완성시킬 수 있다. 즉, 전술한 손가락에 부착된 압전센서(100)에 의해 생성된 전기신호값의 조합을 기초로 프로세서(300)는 T, H 등과 같은 알파벳과 !와 같은 문장부호를 추정하고, 이를 디스플레이를 통해 출력하여 사용자에게 제공할 수 있다. 디스플레이로 출력된 문장을 통해 사용자와 사용자의 대화상대방은 의사소통을 손쉽게 수행할 수 있다.
도 8의 (a)를 참조하면, 왼손의 검지, 엄지, 오른손의 엄지, 검지, 중지는 압전센서(100)의 식별정보에 의해 순서대로 1, 2, 3, 4, 5로 각각 구분될 수 있다. 이와 같이 구분된 손가락들의 개별적인 움직임의 조합을 기초로 알파벳이 추정될 수 있다. 예를 들어, 도 8의 (b)에서 나타낸 바와 같이 1, 3, 5가 펼쳐진 경우(i.e. 왼손의 검지, 오른손의 엄지 및 중지가 펼쳐진 경우)에 T라는 알파벳이 프로세서(300)에 의해 추정되어 디스플레이 상에 출력될 수 있다. 즉, 도 9의 (b)를 참조하면, 소정의 주기 내에 1 내지 5로 구분된 손가락의 움직임이 발생하면, 움직임이 발생된 손가락에서 측정된 압전센서(100)의 전기신호값을 기초로 알파벳 또는 문장부호가 추정되고, 컴퓨팅 장치의 디스플레이 상에 순서대로 타이핑될 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 프로세서(300)의 언어요소 추정 과정을 나타낸 순서도이다.
S10 단계에서는, 압전센서(100)가 부착된 손가락의 움직임이 발생했는지 여부를 판단할 수 있다. 손가락의 움직임은 손가락의 구부림 또는 펼침을 말하는 것으로, 손가락의 움직임은 손가락마다 개별적으로 판단될 수 있다. 만약 손가락의 움직임이 발생한 것으로 판단되었다면, 압전센서(100)는 손가락의 움직임에 따른 기계적인 힘을 전기신호값으로 변환하여 프로세서(300)로 전달할 수 있다.
S20 단계에서는, 프로세서(300)가 압전센서(100) 별 측정값 각각에 대한 디지털값 변환 및 압전센서(100) 각각에 대한 문턱값(i.e. 기준값)의 최적화 여부를 판단할 수 있다. 문턱값의 최적화란 사용자의 손가락 별 움직임 정도를 반영한 판단의 기준값을 결정하는 과정을 말한다. 만약 문턱값이 최적화되어 있지 않다고 판단된 경우, 프로세서(300)는 해당 압전센서(100)에 대한 측정값을 일정량 이상 누적 분석하는 과정을 통해 문턱값을 최적화시킬 수 있다.
S30에서는, 압전센서(100)에 대한 문턱값이 최적화되어 있다고 판단된 경우, 프로세서(300)가 압전센서(100) 별 측정값과 문턱값을 상호 비교하여 압전센서(100) 별 측정값이 문턱값 이상인지 여부를 판단할 수 있다.
S40에서는, 프로세서(300)가 압전센서(100) 별 측정값이 문턱값 이상인 경우에는 압전센서(100) 별 측정값을 1로, 압전센서(100) 별 측정값이 문턱값 미만인 경우에는 압전센서(100) 별 측정값을 0으로 변환할 수 있다. 즉, 프로세서(300)가 문턱값과의 비교 결과를 기초로 압전센서(100) 별 측정값을 이진화할 수 있다.
S50에서는, 프로세서(300)가 이진화된 압전센서(100) 별 측정값을 종합하고 이를 코드화된 문자와 매칭시킬 수 있다. 즉, 프로세서(300)는 압전센서(100)가 부착된 손가락들의 전체 움직임에 따라 알파벳, 단어 등에 해당하는 문자를 결정하고, 이를 컴퓨팅 장치 또는 웨어러블 장치 등의 디스플레이를 통해 제공할 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 압전센서(100)를 이용한 모션 커뮤니케이션 방법의 순서도이다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 모션 커뮤니케이션 방법은, 사용자의 손가락에 부착된 압전센서(100)가 손가락의 움직임에 따른 전기신호값을 생성하는 단계(S100), 프로세서(300)가 압전센서(100) 별 측정값과 기준치를 비교하는 단계(S200), 프로세서(300)가 비교의 결과를 기초로 측정값을 이진화하는 단계(S300) 및 프로세서(300)가 이진화된 측정값의 조합과 매칭되는 언어요소를 추정하는 단계(S400)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 모션 커뮤니케이션 방법은, 프로세서(300)가 압전센서(100) 별 측정값에 대한 분석을 통해 사용자의 손가락에 부착된 압전센서(100) 각각에 대한 기준치를 결정하고, 메모리(200)에 저장하는 단계(미도시)를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 언어요소를 추정하는 단계(S400)에서는, 언어요소가 알파벳인 경우, 프로세서(300)가 사용자의 양손의 손가락 중 엄지, 검지 및 중지에 부착된 압전센서(100)의 측정값을 기초로 도출된 조합에 따라 알파벳을 추정할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 방법과 관련하여서는 전술한 시스템에 대한 내용이 적용될 수 있다. 따라서, 방법과 관련하여, 전술한 시스템에 대한 내용과 동일한 내용에 대하여는 설명을 생략하였다.
한편, 본 발명의 일 실시 예에 의하면, 전술한 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공할 수 있다. 다시 말해서, 전술한 방법은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성 가능하고, 컴퓨터 판독 가능 매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 또한, 상술한 방법에서 사용된 데이터의 구조는 컴퓨터 판독 가능 매체에 여러 수단을 통하여 기록될 수 있다. 본 발명의 다양한 방법들을 수행하기 위한 실행 가능한 컴퓨터 프로그램이나 코드를 기록하는 기록 매체는, 반송파(carrier waves)나 신호들과 같이 일시적인 대상들은 포함하는 것으로 이해되지는 않아야 한다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, DVD 등)와 같은 저장 매체를 포함할 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 압전센서 110: 전극
120: 나노섬유 130: 접착층
200: 메모리 300: 프로세서
310: 데이터 획득부 320: 데이터 분석부
330: 데이터 이진화부 340: 언어요소 추정부

Claims (11)

  1. 압전센서를 이용한 모션 커뮤니케이션 시스템에 있어서,
    사용자의 손가락에 부착되어, 상기 사용자의 손가락의 움직임에 따른 전기신호값을 생성하는 압전센서;
    적어도 하나의 인스트럭션을 저장하기 위한 메모리; 및
    상기 메모리에 저장된 상기 적어도 하나의 인스트럭션을 실행하는 적어도 하나의 프로세서를 포함하고,
    상기 프로세서는 상기 적어도 하나의 인스트럭션을 실행함으로써,
    상기 압전센서 별 측정값과 기준치를 비교하고,
    상기 비교의 결과를 기초로 상기 측정값을 이진화하며,
    상기 이진화된 측정값의 조합과 매칭되는 언어요소를 추정하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 압전센서는,
    복수개의 전극들 및 상기 전극들의 사이에 배치되는 나노섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 나노섬유는,
    소정의 온도에서 어닐링된(annealed) 섬유로서, 두께는 80㎛인 것을 특징으로 하는 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 적어도 하나의 인스트럭션을 실행함으로써,
    상기 압전센서 별 측정값에 대한 분석을 통해 상기 사용자의 손가락에 부착된 압전센서 각각에 대한 기준치를 결정하고, 상기 메모리에 저장하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 언어요소에는,
    알파벳 또는 소정의 단어가 포함되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 적어도 하나의 인스트럭션을 실행함으로써,
    상기 언어요소가 알파벳인 경우, 상기 사용자의 양손의 손가락 중 엄지, 검지 및 중지에 부착된 압전센서의 측정값을 기초로 도출된 조합에 따라 상기 알파벳을 추정하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  7. 압전센서를 이용한 모션 커뮤니케이션 방법에 있어서,
    사용자의 손가락에 부착된 압전센서가 상기 손가락의 움직임에 따른 전기신호값을 생성하는 단계;
    프로세서가 상기 압전센서 별 측정값과 기준치를 비교하는 단계;
    상기 프로세서가 상기 비교의 결과를 기초로 상기 측정값을 이진화하는 단계; 및
    상기 프로세서가 상기 이진화된 측정값의 조합과 매칭되는 언어요소를 추정하는 단계를 포함하는 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 프로세서가 상기 압전센서 별 측정값에 대한 분석을 통해 상기 사용자의 손가락에 부착된 압전센서 각각에 대한 기준치를 결정하고, 메모리에 저장하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 언어요소에는,
    알파벳 또는 소정의 단어가 포함되는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 언어요소를 추정하는 단계에서는,
    상기 언어요소가 알파벳인 경우, 상기 프로세서가 상기 사용자의 양손의 손가락 중 엄지, 검지 및 중지에 부착된 압전센서의 측정값을 기초로 도출된 조합에 따라 상기 알파벳을 추정하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 7 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항의 방법을 구현하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체.
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