KR20220042898A - 난청 환경에 있는 사람을 위한 웨어러블 장치 및 그 동작 방법 - Google Patents

난청 환경에 있는 사람을 위한 웨어러블 장치 및 그 동작 방법 Download PDF

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KR20220042898A
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한국전자통신연구원
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Abstract

본 발명의 웨어러블 장치의 동작 방법은, 마이크 어레이 모듈이, 소음의 크기 정보 및 방향 정보를 획득하는 단계; 무선 통신 모듈이, 프로세서의 제어에 따라, 상기 소음의 크기 정보 및 방향 정보를 사용자의 스마트 기기로 통해 외부 클라우드 서버로 전송하는 단계; 상기 무선 통신 모듈이, 프로세서의 제어에 따라, 상기 스마트 기기를 통해 상기 외부 클라우드 서버로부터 상기 소음의 크기 정보 및 방향 정보에 따른 소음원 판별 정보 및 그에 따른 위험도 정보를 수신하는 단계; 상기 프로세서가, 상기 소음의 크기 정보, 상기 소음의 방향 정보, 소음원 판별 정보 및 그에 따른 위험도 정보 중에서 적어도 하나의 정보를 이용하여 사용자에게 진동 자극, 전기 자극 및 발광 소자에 의한 시각 자극 중에서 적어도 어느 하나의 자극을 제공하기 위한 제어 신호를 생성하는 단계; 및 진동 소자, 전기 자극 어레이 및 발광 소자 중 적어도 하나가, 상기 제어 신호에 따라 상기 적어도 어느 하나의 자극을 발생하도록 동작하는 단계를 포함한다.

Description

난청 환경에 있는 사람을 위한 웨어러블 장치 및 그 동작 방법{Wearable device for people in a hearing impaired environment and operating method thereof}
본 발명은 소음(소리)를 인지하지 못하는 난청 환경에 있는 사람들을 위한 웨어러블 장치에 관한 것이다.
최근, 스마트폰의 보급과 더불어 보행 중에도 음악청취, 기사검색, 메신저 대화 등을 하는 행위가 젊은 층을 중심으로 보편화 되어 가고 있는 상황이다. 하지만, 이로 인해 보행자의 주의를 분산시킴으로써 사고의 위험성을 증대된다는 부정적인 측면도 있다.
차량으로부터 들려오는 위험신호를 인지하지 못하거나 늦어지게 되면 위험회피 행동을 전혀 하지 못하거나 또는 늦어짐으로 인해 사고에 이를 가능성이 높아질 수밖에 없다.
한편, 청각장애인들은 사람의 입모양을 보거나 상황과 표정, 문자를 통해 눈으로 소리를 인지하기 때문에 보이지 않는 곳에서 나는 소리나 소음의 크기 및 방향을 확인할 수 없는 문제점이 있다.
따라서, 정상인에 비해 청각장애인들은 소리를 통한 위험 인지가 불가능하여 각종 사고에 노출되어 있어 이를 해결하기 위해서는 소리인지 보조기기가 제공될 필요가 있다.
본 발명은 청각 장애인, 난청인, 스마트폰 사용자 및 이어폰 사용자들이 일상에서 소리를 인지하지 못하여 발생하는 교통사고 및 생활사고를 미연에 방지하기 위해서, 고감도 마이크 어레이를 통해 수집된 환경 소음을 초소형 모터 또는 전기자극 패드를 이용하여 진동이나 전기자극으로 소음의 방향과 크기를 전달하는 웨어러블 장치를 제공하는 그 목적이 있다.
또한 스마트폰과 연동하여 획득한 소리 또는 소음을 분석하여 착용자에게 소리 또는 소음의 정보와 위험도를 색상으로 알려주는 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 전술한 목적 및 그 이외의 목적과 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 웨어러블 장치의 동작 방법은, 마이크 어레이 모듈이, 소음의 크기 정보 및 방향 정보를 획득하는 단계; 무선 통신 모듈이, 프로세서의 제어에 따라, 상기 소음의 크기 정보 및 방향 정보를 사용자의 스마트 기기로 통해 외부 클라우드 서버로 전송하는 단계; 상기 무선 통신 모듈이, 프로세서의 제어에 따라, 상기 스마트 기기를 통해 상기 외부 클라우드 서버로부터 상기 소음의 크기 정보 및 방향 정보에 따른 소음원 판별 정보 및 그에 따른 위험도 정보를 수신하는 단계; 상기 프로세서가, 상기 소음의 크기 정보, 상기 소음의 방향 정보, 소음원 판별 정보 및 그에 따른 위험도 정보 중에서 적어도 하나의 정보를 이용하여 사용자에게 진동 자극, 전기 자극 및 발광 소자에 의한 시각 자극 중에서 적어도 어느 하나의 자극을 제공하기 위한 제어 신호를 생성하는 단계; 및 진동 소자, 전기 자극 어레이 및 발광 소자 중 적어도 하나가, 상기 제어 신호에 따라 상기 적어도 어느 하나의 자극을 발생하도록 동작하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면, 웨어러블 장치에 초소형 마이크 어레이를 설치하여 소리(소음)의 크기와 방향을 인식하고, 진동 또는 전기 자극을 통해 외부 위험을 사용자가 인지할 수 있게 한다.
또한, 사용자의 신변이나 건강에 응급 상황 발생시 신속하게 대응할 있도록 응급 서비스와 연계될 수 있는 사용자 보호 서비스 기기로도 활용이 가능하다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 난청 환경에 있는 사람을 위한 웨어러블 장치의 내부 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2 및 3은 본 발명의 실시 예에 따른 웨어러블 장치의 실제 구현 예를 나타내는 도면들이다.
도 4는 도 2 및 3에 도시한 웨어러블 장치에 설치된 고휘도 발광 다이오드들의 구현 예를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 웨어러블 장치의 동작 시나리오를 설명하기 위한 흐름도이다.
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 구성은 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면 상에서 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.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 난청 환경에 있는 사람을 위한 웨어러블 장치의 내부 구성을 나타내는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 웨어러블 장치(100)는 360도 전방향에서 감지되는 소리 및/또는 소음을 스마트 폰과 연동하여 난청 환경에 있는 사람(정상인 및 청각 장애인을 포함)의 라이프 스타일을 바탕으로 사용자에게 필요한 맞춤형 서비스를 제공한다.
이를 위해, 웨어러블 장치(100)는, 예를 들면, 프로세서(110), 지향성 마이크 어레이(120), 진동 소자 및 전기 자극 어레이(130), 버튼부(140), 무선 통신 모듈(150), 전원부(160), 발광 다이오드 모듈(170)을 포함하도록 구성될 수 있다.
프로세서(110)는 웨어러블 장치(100)의 전반적인 동작을 제어 및 관리하기 위해, 주변 구성들(120~170)의 동작을 제어 및 관리하고, 주변 구성들(120~170) 중 적어도 하나로부터 입력된 데이터(정보 또는 신호)를 처리하여, 중간 데이터(중간값) 또는/및 결과 데이터(결과값)를 연산하는 연산 기능을 가지며, 이를 주변 구성들(120~170) 중 적어도 하나로 전달할 수 있다.
마이크 어레이 모듈(120)은 웨어러블 장치(100)의 주변에서 발생한 소리(소음)를 수신하여, 그 크기 정보(진폭, 피크) 및/또는 방향 정보(방향값)를 계산한다.
그 밖에 마이크 어레이 모듈(120)은 소리(소음)의 파형, 주파수 성분 등을 더 측정하고, 크기 정보(진폭, 피크)와 함께 파형, 주파수 도메인에서의 주파수 성분 등을 소리(소음) 정보로 구성하여 프로세서(110)로 전달할 수 있다.
소리(소음)의 주파수 성분은 프로세서(110)에서 계산될 수도 있다. 예를 들면, 프로세서(110)는 마이크 어레이 모듈(120)로부터 수신된 소리(소음) 신호를 푸리에 변환하여, 소리(소음)의 주파수 성분을 측정할 수 있다.
마이크 어레이 모듈(120)는, 소리(소음)의 방향 정보(방향값, 방향 데이터 등)를 측정하기 위해, 예를 들면, 복수의 지향성 고감도 마이크들로 구성되는 것이 바람직하며, 방향 센서(가속도 센서 및/또는 자기장 센서) 등을 더 포함하도록 구성될 수 있다.
마이크 어레이 모듈(120)은, 크기 정보(크기값) 및/또는 방향 정보(방향값)를 계산하기 위해, 내부에 연산 처리 기능을 갖는 처리 모듈을 포함하도록 구성될 수 있다.
프로세서(110)는 마이크 어레이 모듈(120)로부터 소리(소음)의 크기 및 방향 정보를 수신하고, 이를 진동 소자 및 전기 자극 어레이(130)에서 처리 가능한 데이터(진동 데이터(진동값) 및 전기 자극 데이터(전기 자극값)로 변환한 후, 이를 진동 소자 및 전기 자극 어레이(130)로 출력한다.
진동 소자 및 전기 자극 어레이(130)은 프로세서(110)로부터 출력된 데이터(진동 데이터(진동값) 및 전기 자극 데이터(전기 자극값)에 따라 웨어러블 장치(100)를 착용한 사용자의 피부에 진동 및 전기 자극을 인가한다.
진동 소자는, 예를 들면, 진동 모터(초소형 모터)를 포함하도록 구성되며, 전기 자극 어레이는, 예를 들면, 복수의 전기 자극 패드를 포함하도록 구성될 수 있다. 전기 자극 패드는, 예를 들면, 압전 소자일 수 있다.
버튼부(140)는 웨어러블 장치(100)를 구성하는 외곽 하우징의 특정 위치에 설치되어, 예를 들면, 전원, 진동 크기 및 전기 자극 크기 조정 및 외부기기 연동 등 사용자 편의를 설정하기 위한 인터페이스 기능을 수행한다.
버튼부(140)는 다수의 버튼들로 구성될 수 있으며, 각 버튼은 전원 온/오프 기능, 진동 크기 조정 기능, 전기 자극 크기 조정 기능 또는 외부 기기 연동 기능을 수행하는 것일 수 있다.
무선 통신 모듈(150)은 웨어러블 장치(100)와 웨어러블 장치(100)를 착용한 사용자가 소지한 스마트 기기 간의 무선 통신을 지원한다. 여기서, 무선 통신은 근거리 무선 통신일 수 있으며, 근거리 무선 통신은, 예를 들면, 와이-파이(Wi-Fi) 통신, 블루투스 통신(Bluetooth) 등일 수 있다.
이러한 무선 통신 모듈(150)은 파이(Wi-Fi) 통신, 블루투스 통신(Bluetooth) 등을 지원하기 위해, 내부에 와이파이 통신 모듈 또는/및 블루투스 통신을 포함하도록 구성될 수 있다.
무선 통신 모듈(150)은 프로세서(110)로부터 전달된 소리(소음) 정보(데이터)(진폭, 피크, 주파수 성분, 파형, 방향 등)을 스마트 기기(200)로 전송하고, 스마트 기기(200)는 무선 통신 모듈(150)로부터 수신한 소리(소음) 정보를 외부 클라우드 서버(300)로 전송할 수 있다.
외부 클라우드 서버(300)는 스마트 기기(200)로부터 수신된 소리(소음) 정보(데이터)를 분석하여 소음원(소음 발생 물체)를 판별하고, 그 위험도를 산정한 후, 그 결과를 다시 스마트 기기(200)를 통해 무선 통신 모듈(150), 즉, 웨어러블 장치(100)로 전송한다.
소음원(소음 발생 물체) 판별과 이에 따른 위험도 산정은 외부 클라우드 서버(300)에 구축된 딥러닝 신경망 모델과 같은 소음 분석 인공 지능 플랫폼 등을 통해 예측(추론 또는 추정)될 수 있다.
전원부(160)는 버튼부(140)의 전원 온에 따라, 각 구성들(110, 120, 130, 150 및 170)로 전원을 공급하며, 각 구성들(110, 120, 130, 150 및 170)은 전원 공급에 따라 각자의 동작을 시작한다.
전원부(160)는, 웨어러블 장치(100)의 사용자 편의를 위해, 유선 및/또는 무선 충전이 가능하도록 내부에 충전식 배터리, 무선 충전 코일(wireless charging coil), 무선 충전기(wireless charger), 배터리 셀(예, Li-Polymer Battery Cell) 등을 포함하도록 구성될 수 있다.
발광 다이오드 모듈(170)은 복수의 고휘도 발광 다이오드들로 구성되어, 마이크 어레이 모듈(120)에 의해 측정된 소리(소음)의 크기가 특정 임계값 이상인 경우, 고휘도 발광다이오드의 깜박임을 제어한다.
일 예로, 프로세서(110)가 마이크 어레이 모듈(120)에 의해 측정된 소리(소음)의 크기와 특정 임계값을 비교하여, 측정된 소리(소음)의 크기가 특정 임계값 이상인 경우, 그 비교 결과에 대응하는 제어 신호를 발광 다이오드 모듈(170)로 전달하고, 발광 다이오드 모듈(170)은 그 제어 신호에 따라 발광을 시작한다.
다른 예로, 프로세서(110)가 스마트 기기(300)를 통해 외부 클라우드 서버(300)로부터 수신한 소음원 판별 정보 및/또는 위험도 정보를 분석하여, 그 분석 결과에 대응하는 발광다이오드의 색상 조합 및/또는 발광 주기를 나타내는 제어 신호를 생성하여, 이를 발광 다이오드 모듈(170)로 전달하고, 발광 다이오드 모듈(170)은 그 제어 신호에 따라 조합된 발광다이오드 색상 및/또는 발광 주기에 따라 발광을 시작한다.
발광다이오드의 색상 조합 및/또는 발광 주기는 프로세서(110)와 외부 클라우드 서버(300) 간에 약속된 테이블을 통해 결정될 수 있다.
여기서, 테이블은 소음원 판별 정보 및/또는 위험도 정보에 따라 사전에 설정된 발광다이오드의 색상 조합 및/또는 발광 주기가 기록된 것일 수 있다.
사용자는 발광된 발광다이오드 색상 조합 및/또는 발광 주기를 시각적으로 확인하여, 소음원 판별 정보(소음 발생 물체에 대한 정보) 및 이에 따른 위험도를 인지할 수 있게 된다.
도 2 및 3은 본 발명의 실시 예에 따른 웨어러블 장치의 실제 구현 예를 도시한 도면들로서, 도 2는 웨어러블 장치의 윗면 형상을 나타낸 것이고, 도 3은 웨어러블 장치의 바닥면 형상을 나타낸 것이다.
도 2 및 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 웨어러블 장치(100)는 사용자의 목 둘레에 용이하게 착용할 수 있도록 말발굽 형상의 몸체(180)를 갖는다.
몸체(180)의 윗면에는 도 2에 도시된 바와 같이 몸체(180)의 형상(말발굽 형상)을 따라 360도 방향으로 배열되는 복수의 지향성 고감도 마이크(120A)들이 설치될 수 있다.
몸체(180)의 바닥면에도 도 3에 도시된 바와 같이 몸체(180)의 형상(말발굽 형상)을 따라 360도 방향으로 배열되는 진동 모터(130A)와 전기 자극 패드(130B)가 설치될 수 있다. 이때, 진동 모터(130A)와 전기 자극 패드(130B)는 몸체(180)의 바닥면 상에서 교대로 배열될 수 있다.
지향성 고감도 마이크(120A), 진동 모터(130A) 및 전기 자극 패드(130B)의 배열 방향과 설치 개수는 설계(성능, 크기 및/또는 형태)에 따라 다양하게 결정될 수 있다.
지향성 고감도 마이크(120A)들이 도 2에 도시된 바와 같이 배열됨에 따라, 외부에서 획득된 소리(소음)의 크기 정보와 방향 정보를 획득할 수 있다. 예를 들면, 지향성 고감도 마이크들 중에서 특정 지향성 고감도 마이크(120B)에서 기준값 이상의 소리(소음)의 크기 획득되면, 그 특정 지향성 고감도 마이크(120B)에 사전 정의된 방향값(D3)을 소리(소음)의 방향 정보로 구성하여, 프로세서(110)로 전달한다.
프로세서(110)는 특정 지향성 고감도 마이크(120B) 또는 지향성 고감도 마이크들을 통합 관리하도록 마이크 어레이 모듈(120) 내에 내장된 처리 모듈로부터 소리(소음)의 크기 정보 및 방향 정보를 수신한다.
프로세서(110)는 그 수신된 소리(소음)의 크기 정보 및 방향 정보에 따라 몸체(180)의 바닥면 상에서 상기 특정 지향성 고감도 마이크(120B)에 가깝게 배치되도록 배열된 진동 모터 및/또는 전기 자극 패드를 각각 진동 자극 및/또는 전기 자극을 발생하도록 제어한다.
도 4는 도 2 및 3에 도시한 웨어러블 장치에 설치된 고휘도 발광 다이오드들의 구현 예를 도시한 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 발광 다이오드 모듈(170)에 포함된 고휘도 발광 다이오드들(172)는 사용자가 발광 다이오드(172)의 깜박임을 시각적으로 확인할 수 있도록 도 2 및 3에 도시한 말발굽 형상의 몸체(180)의 윗면 끝단부에 설치될 수 있다.
프로세서(110)는 스마트 기기(200)를 통해 외부 클라우드 서버(300)로부터 수신된 소음원(예를 들면, 차량 등) 및 그 소음원에 대한 위험도 정보에 따라 고휘도 발광 다이오드들(172)의 발광 색상을 조합하거나 발광 주기를 조정하여 사용자에게 위험 상황을 인지시킨다.
본 발명에 따른 웨어러블 장치(100) 스마트 기기(200)와 연동하여 사용자의 신체 상태를 모니터링하고, 정보를 수집하는 기능, 웨어러블 기기에 온도 센서, 자이로 센서, 가속도 센서와 같은 초소형 센서를 내장하여 응급 상황이나 사용자의 위치에 대한 정보를 인지시켜서 그에 대응하는 상황 지원 서비스를 제공할 수도 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에서는 도 2 내지 4에 도시된 바와 같이 말발굽 형태의 웨어러블 장치(100)를 예로 들어 설명하고 있으나, 사용자의 목 둘레를 감싸는 목걸이 형태 또는 사용자의 목 둘레에 밀착되도록 완전히 감싸는 넥 밴드 타입으로도 디자인될 수 있다.
추가적으로 웨어러블 장치(100)에 스마트 기기(200)에 설치된 애플리케이션의 제어 또는 연동 기능을 제공할 수 있는 별도의 버튼이 설계될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 웨어러블 장치(100)는 일반적인 통신 기기 및 스마트 기기를 사용할 수 없는 화재 현장, 공사 현장, 군사 작전 상황 등 제한된 목적으로 피부 자극 형태의 메시지 전송이 가능한 통신 기기로 활용도 가능하다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 웨어러블 장치의 동작 시나리오를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 먼저, 단계 510에서, 마이크 어레이 모듈(120)이, 소음의 크기 정보 및 방향 정보를 획득하는 과정이 수행된다.
이어, 단계 520에서, 무선 통신 모듈(150)이, 프로세서(110)의 제어에 따라, 상기 소음의 크기 정보 및 방향 정보를 사용자의 스마트 기기(200)로 통해 외부 클라우드 서버(300)로 전송하는 과정이 수행된다.
이어, 단계 530에서, 상기 무선 통신 모듈(150)이, 프로세서(110)의 제어에 따라, 상기 스마트 기기(200)를 통해 상기 외부 클라우드 서버(300)로부터 상기 소음의 크기 정보 및 방향 정보에 따른 소음원 판별 정보 및 그에 따른 위험도 정보를 수신하는 과정이 수행된다.
이어, 단계 540에서, 상기 프로세서(110)가, 상기 소음의 크기 정보, 상기 소음의 방향 정보, 소음원 판별 정보 및 그에 따른 위험도 정보 중에서 적어도 하나의 정보를 이용하여 사용자에게 진동 자극, 전기 자극 및 발광 소자에 의한 시각 자극 중에서 적어도 어느 하나의 자극을 제공하기 위한 제어 신호를 생성하는 과정이 수행된다. 여기서, 제어 신호는, 해당 자극의 발생 주기, 발생 강도(크기), 해당 자극의 조합, 발광 소자에 의한 발광 색상의 조합 등을 데이터화 한 정보를 포함할 수 있다.
이어, 단계 550에서, 진동 소자, 전기 자극 어레이 및 발광 소자 중 적어도 하나가, 상기 제어 신호에 따라 상기 적어도 어느 하나의 자극을 발생하도록 동작하는 과정이 수행된다.
본 명세서에 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명을 위한 예시적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (1)

  1. 마이크 어레이 모듈이, 소음의 크기 정보 및 방향 정보를 획득하는 단계;
    무선 통신 모듈이, 프로세서의 제어에 따라, 상기 소음의 크기 정보 및 방향 정보를 사용자의 스마트 기기로 통해 외부 클라우드 서버로 전송하는 단계;
    상기 무선 통신 모듈이, 프로세서의 제어에 따라, 상기 스마트 기기를 통해 상기 외부 클라우드 서버로부터 상기 소음의 크기 정보 및 방향 정보에 따른 소음원 판별 정보 및 그에 따른 위험도 정보를 수신하는 단계;
    상기 프로세서가, 상기 소음의 크기 정보, 상기 소음의 방향 정보, 소음원 판별 정보 및 그에 따른 위험도 정보 중에서 적어도 하나의 정보를 이용하여 사용자에게 진동 자극, 전기 자극 및 발광 소자에 의한 시각 자극 중에서 적어도 어느 하나의 자극을 제공하기 위한 제어 신호를 생성하는 단계; 및
    진동 소자, 전기 자극 어레이 및 발광 소자 중 적어도 하나가, 상기 제어 신호에 따라 상기 적어도 어느 하나의 자극을 발생하도록 동작하는 단계
    를 포함하는 웨어러블 장치의 동작 방법.
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