KR20210083790A - 생체 삽입형 바이오캡슐 - Google Patents

Abstract

제안기술은 생체 삽입형 바이오캡슐에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가축의 생체에 삽입되어 가축의 생체 정보를 저장 및 분석하기 위한 바이오캡슐에 관한 발명이다.

Description

생체 삽입형 바이오캡슐{Body Insertion Type Bio Capsule}

제안기술은 생체 삽입형 바이오캡슐에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가축의 생체에 삽입되어 가축의 생체 정보를 저장 및 분석하기 위한 바이오캡슐에 관한 발명이다.

일반적으로, 송아지는 3개월령까지 체온과 외부 온도와의 차이가 심하면 소화능력과 식욕저하로 질병에 대한 저항력이 떨어져 소화기나 호흡기 질병에 걸리기 쉽다. 2013년 국립축산과학원의 통계에 의하면 송아지는 생후 1~2주 사이의 질병으로 젖소 29.3%, 한우 17.2%가 폐사하는 것으로 보고되고 있다.

특히 소는 건강에 이상이 있을 시 체온 변화가 심하고 되새김 횟수가 현저하게 떨어지게 된다. 이러한 소의 상태 정보를 조기에 발견하면, 치료 효과도 높게 된다.

따라서, 간단한 측정 장치로 소의 체온 및 되새김 상태를 감지할 수 있는 장치가 요구된다.

한편, 가축은 태어나면서부터 가축의 이력 및 정보가 저장된 이표를 부탁하여, 도축 및 유통과정을 거쳐 소비자에게 판매되기까지 이력을 관리하게 되는데, 이러한 이력 관리용 이표는 전자 칩 및 무선통신모듈을 내장하고, 이를 인식하는 단말기만으로 각 가축의 이력을 관리하게 된다.

개체인식 이표에는 단지 가축을 식별하기 위한 정보만이 담겨 있어서, 이력 관리 이외의 실시간 생체정보 자료의 획득과 관리는 곤란하였다.

한국등록특허 제10-1799752호

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 발명된 것으로서, 생체 삽입형 바이오캡슐을 이용하여 소의 반추 현상을 해석하는데 목적이 있다.

또한, 소의 반추 현상을 해석하여 각각의 소에 대해 사료의 양과 종류를 개별적으로 공급하도록 하는데 목적이 있다.

또한, 소의 체온을 측정함으로써 가축의 질병을 예측하고, 전염병 확산을 예방하는데 목적이 있다.

또한, 통신 모듈을 이용하여 각각의 소를 개별적으로 인식하고 관리하는데 목적이 있다.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 생체 삽입형 바이오캡슐에 있어서,

가축의 체온을 실시간으로 센싱하는 온도센서;

가축의 체내 압력을 센싱하는 압력센서;

온도센서 및 압력센서에서 센싱된 정보를 처리하는 신호처리모듈;

신호처리모듈에서 처리된 신호를 외부로 송신하기 위한 무선통신모듈; 및

온도센서, 압력센서, 신호처리모듈 및 무선통신모듈을 구동시키는 전원모듈을 포함하며,

가축의 체내에 삽입되어 가축의 생체 정보를 저장 및 분석하는 것을 특징으로 한다.

압력센서에서 센싱된 압력의 변화를 이용하여 가축의 반추 행위를 해석하는 것을 특징으로 한다.

반추 행위는 반추 시작 시간, 반추 종료 시간 및 반추 지속 시간을 측정하여 해석하는 것을 특징으로 한다.

반추 행위 시 미반추 행위 시 보다 압력센서에서 센싱되는 압력이 증가하는 것을 특징으로 한다.

반추 행위 시 압력센서에서 센싱되는 압력은 사료의 종류 및 사료의 배합비에 따라 서로 다른 것을 특징으로 한다.

무선통신모듈은 일정 시간 간격으로 신호를 송신하는 것을 특징으로 한다.

전원모듈은 온도센서, 압력센서, 신호처리모듈 및 무선통신모듈의 미 작동 시 저전력 모드로 전환되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 생체 삽입형 바이오캡슐을 이용하여 소의 반추 현상을 해석할 수 있는 효과가 있다.

또한, 소의 반추 현상을 해석하여 각각의 소에 대해 사료의 양과 종류를 개별적으로 공급할 수 있는 효과가 있다.

또한, 소의 체온을 측정함으로써 가축의 질병을 예측하고, 전염병 확산을 예방할 수 있는 효과가 있다.

또한, 통신 모듈을 이용하여 각각의 소를 개별적으로 인식하고 관리할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 생체 삽입형 바이오캡슐의 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 가축의 반추 행위 시 바이오캡슐에서 센싱되는 압력 분석 결과 그래프.
도 3은 본 발명에 따른 바이오캡슐의 케이스.
도 4는 본 발명에 따른 바이오캡슐의 PCB 및 시제품.
도 5는 본 발명에 따른 바이오캡슐 시험 현장.
도 6은 본 발명에 따른 바이오캡슐이 실제 적용된 소.

상술한 본 발명의 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 출원에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시 예들을 설명하기 위한 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명은 생체 삽입형 바이오캡슐에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가축의 생체에 삽입되어 가축의 생체 정보를 저장 및 분석하기 위한 바이오캡슐에 관한 발명이다.

도 1에는 본 발명에 따른 생체 삽입형 바이오캡슐의 구성도가 도시되어 있다.

본 발명의 생체 삽입형 바이오캡슐(2)은 가축의 체온을 실시간으로 센싱하는 온도센서와, 상기 가축의 체내 압력을 센싱하는 압력센서와, 상기 온도센서 및 상기 압력센서에서 센싱된 정보를 처리하는 신호처리모듈과, 상기 신호처리모듈에서 처리된 신호를 외부로 송신하기 위한 무선통신모듈과, 상기 온도센서, 상기 압력센서, 상기 신호처리모듈 및 상기 무선통신모듈을 구동시키는 전원모듈을 포함하여 구성된다.

상기 바이오캡슐(2)은 상기 가축의 입을 통해 소화기관을 따라 삽입되어 상기 가축의 생체 정보를 저장 및 분석하게 된다.

먼저, 상기 압력센서에서 센싱된 압력의 변화를 이용하여 상기 가축의 반추 행위를 해석하게 된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 가축의 반추 행위 시에는 미 반추 행위 시 보다 압력이 증가하게 된다. 따라서, 상기 압력센서에서 센싱된 압력의 변화에 따라 반추 시작 시간, 반추 종료 시간 및 반추 지속 시간을 측정하게 된다.

상기 압력센서에서는 1ms 내 0~5bar 범위의 압력을 0.1mbar 단위로 측정하게 된다.

상기 압력센서로부터 센싱된 데이터를 분석하게 되면, 해당 가축의 반추 행위 시 발생되는 압력 변화의 패턴을 예측할 수 있게 되며, 특정한 임계치 이상, 임계치 이하의 압력값이 해당 가축의 반추 행위로부터 획득할 수 없는 값이라는 것을 판단할 수 있게 된다.

즉, 해당 가축에 대해 충분한 데이터를 획득하고 분석한 뒤, 반추 행위 시 발생되는 압력의 변화량에 대한 기준 임계 범위를 정의하게 되면, 해당 가축의 반추 행위 시 센싱되는 압력 변화 및 반추 행위 시 발생되는 압력 변화의 패턴을 고려하여 정상적인 상태의 해당 가축으로부터 센싱될 수 없는 압력 변화라는 것을 쉽게 판단할 수 있게 되며, 따라서 해당 가축의 건강 상태에 대한 신속한 대응이 가능해진다.

일 실시예로는, 상기 생체 삽입형 바이오 캡슐(2)의 무선통신모듈로부터 송신된 여러 센서들의 데이터 수신을 위해 별도의 IoT 가축관리 시스템이 존재하게 된다. 상기 IoT 가축관리 시스템의 경우, 추가적으로 데이터 처리부를 포함하여, 후술하는 것과 같이 복수의 통신방식을 통해 송신된 상기 바이오캡슐(2)의 상기 데이터들을 수신하고, 상기 수신된 데이터를 가공하거나 분석하는 기능을 추가적으로 제공하게 된다.

구체적으로 상기 IoT 가축관리 시스템의 상기 데이터 처리부는 상기 바이오캡슐(2)의 상기 압력센서로부터 획득된 데이터의 분석 및 가축의 상태 분석을 수행하며, 전술한 것과 같이 해당 가축의 반추 행위를 판단하기 위한 상기 압력 센서 데이터의 처리 및 상기 압력 센서 데이터로부터 계산된 압력 변화의 패턴 예측 등을 수행하게 된다.

일 실시예로, 상기 데이터 처리부는 상기 시계열적으로 수신된 압력 센서 데이터를 처리할 때 여러 데이터 처리기법을 활용하여, 압력 센서 데이터가 가지고 있는 외란 등의 노이즈 데이터와 실제 압력값과의 차이 등을 잘 구분하도록 할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 데이터 처리부는 신경망을 활용하여 상기 데이터의 처리를 수행할 수 있다. 이 때 상기 신경망은 시계열적인 데이터를 처리하는 데 적합한 RNN(Recurrent Neural Network) 방식을 활용하는 것이 바람직하다. 다만, 상기 RNN 방식을 활용하게 되면 연산의 복잡도가 너무 증가하게 되어, 상기 압력센서로부터 수신된 데이터들의 패턴의 추출에는 CNN(Convolutional Neural Network)을 활용하는 것이 바람직하다.

그러므로, 바람직한 일 실시예로는 수신된 압력 데이터들을 CNN Layer를 통해 학습시켜, 반추 행위라고 판단할 수 있는 여러 특징들을 추출한 뒤, 이를 RNN Layer를 통해 학습시켜, 실제 압력 데이터의 변화 패턴이 상기 가축의 반추 행위라고 판단하도록 활용하는 것이 바람직하다.

또한, 이러한 CNN과 RNN을 활용할 때 후술되는 것과 같이 사료의 종류, 양, 배합비 등에 따른 데이터들도 별도의 입력 파라미터화하여 학습하게 되면, 사료 별 반추 행위의 추정이 좀더 정확하게 수행될 수 있게 된다.

또한, 상기 가축의 반추 행위 시 상기 압력센서에서 센싱되는 압력은 상기 가축에게 공급된 사료의 종류, 사료의 양, 사료의 배합비 등에 따라 서로 다르게 센싱되기 때문에 일정 상태일 때의 반추 행위 시 센싱되는 압력 변화와 비교하여 각각의 가축에게 적합한 사료를 공급할 수 있게 된다.

다음으로, 상기 온도센서에서 실시간으로 센싱된 상기 가축의 체온을 이용하여 상기 가축의 건강 상태를 모니터링하게 된다.

상기 온도센서에서 센싱된 상기 가축의 체온과 외부 온도의 차이를 실시간으로 모니터링함으로써 상기 가축의 체온 저하를 방지하여 상기 가축의 체온을 일정하게 유지시킬 수 있다.

또한, 상기 가축의 체온 저하가 일정 시간 이상 지속되는 경우 체온 저하 상태로 판단하여 상기 가축의 질병 유무를 신속하게 파악할 수 있게 되며, 따라서 전염병 관리 및 확산 방지가 가능하다.

상기 압력센서 및 상기 온도센서를 통해 센싱된 상기 가축의 생체 정보는 상기 신호처리모듈에서 처리되며, 상기 신호처리모듈에서 처리된 신호는 일정 시간 간격으로 상기 무선통신모듈을 통해 외부로 송신된다.

상기 무선통신모듈을 이용하여 각각의 가축을 개별적으로 인식하고 관리할 수 있다.

또한, 상기 무선통신모듈은 상기 외부로부터의 명령을 수신하여 상기 신호처리모듈로 전달하게 된다. 상기 신호처리모듈은 상기 명령에 따라 상기 압력센서 또는 상기 온도센서를 작동시킬 수 있다.

상기 외부는 PC 등이 될 수 있으며, 제작자의 의도에 따라 다른 기기가 적용될 수 있다.

상기 전원모듈은 상기 온도센서, 상기 압력센서, 상기 신호처리모듈 및 상기 무선통신모듈의 미 작동 시 저전력 모드로 전환된다.

상기 가축은 소일 수 있으며, 반추 행위를 하는 가축이라면 어떠한 가축도 적용 가능하다.

도 3에는 본 발명에 따른 바이오캡슐의 케이스가 도시되어 있고, 도 4에는 본 발명에 따른 바이오캡슐의 PCB 및 시제품이 도시되어 있다.

상기 바이오캡슐(2)은 케이스(4)와, 상기 케이스(2) 내부에 삽입되는 PCB(PRINTED CIRCUIT BOARD, 6)로 구성된다.

상기 바이오캡슐(2)의 케이스(2)는 일반적인 캡슐 형상으로, 도면에 도시된 바와 같이 나사결합 방식으로 중앙부가 결합되거나 분리될 수 있는 형상의 케이스(2)로 구성된다.

상기 PCB(6)에는 상기 온도센서, 상기 압력센서, 상기 신호처리모듈 및 상기 전원모듈이 구성된다.

도 5에는 본 발명에 따른 바이오캡슐 시험 현장이 도시되어 있고, 도 6에는 본 발명에 따른 바이오캡슐이 실제 적용된 소가 도시되어 있다.

상기에서 설명한 바와 같이, 상기 바이오캡슐(2)은 상기 가축의 입을 통해 소화기관을 따라 삽입되어 상기 가축의 생체 정보를 저장 및 분석하게 된다.

앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술 될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

2 : 바이오캡슐
4 : 케이스
6 : PCB

Claims (8)

1. 가축의 체온을 실시간으로 센싱하는 온도센서;
   상기 가축의 체내 압력을 센싱하는 압력센서;
   상기 온도센서 및 압력센서에서 센싱된 정보를 처리하는 신호처리모듈;
   상기 신호처리모듈에서 처리된 신호를 외부로 송신하기 위한 무선통신모듈; 및
   상기 온도센서, 상기 압력센서, 상기 신호처리모듈 및 상기 무선통신모듈을 구동시키는 전원모듈을 포함하며,
   상기 가축의 체내에 삽입되어 상기 가축의 생체 정보를 저장 및 분석하는 것
   을 특징으로 하는 생체 삽입형 바이오캡슐.
2. 제1항에 있어서,
   상기 압력센서에서 센싱된 압력의 변화를 이용하여 상기 가축의 반추 행위를 해석하는 것을 특징으로 하는 생체 삽입형 바이오캡슐.
3. 제2항에 있어서,
   상기 반추 행위는 반추 시작 시간, 반추 종료 시간 및 반추 지속 시간을 측정하여 해석하는 것을 특징으로 하는 생체 삽입형 바이오캡슐.
4. 제3항에 있어서,
   상기 반추 행위 시 미반추 행위 시 보다 상기 압력센서에서 센싱되는 압력이 증가하는 것을 특징으로 하는 생체 삽입형 바이오캡슐.
5. 제3항에 있어서,
   상기 반추 행위 시 상기 압력센서에서 센싱되는 압력은 사료의 종류 및 사료의 배합비에 따라 서로 다른 것을 특징으로 하는 생체 삽입형 바이오캡슐.
6. 제5항에 있어서,
   상기 무선통신모듈은 일정 시간 간격으로 상기 신호를 송신하는 것을 특징으로 하는 생체 삽입형 바이오캡슐.
7. 제1항에 있어서,
   상기 전원모듈은 상기 온도센서, 상기 압력센서, 상기 신호처리모듈 및 상기 무선통신모듈의 미 작동 시 저전력 모드로 전환되는 것을 특징으로 하는 생체 삽입형 바이오캡슐.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 상기 생체 삽입형 바이오캡슐로부터 송신된 신호를 수신하며 상기 신호를 분석하는 데이터 처리부를 더 포함하는 IoT 가축관리 시스템.

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