KR20240052613A - 무선전력 전송 케이지 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 무선전력 전송 케이지 장치에 관한 것으로, 외벽을 따라 무선전력을 전송하는 루프안테나를 와인딩(winding)한 케이지; 상기 케이지 내에 그리드(grid) 구조로 배치되고 각각이 무선전력 제어 신호에 따라 상기 무선전력을 릴레이(relay)하도록 구현된 복수의 송신 릴레이들; 및 상기 복수의 송신 릴레이들 중 생물체의 위치에 인접한 적어도 하나의 인접 송신 릴레이를 결정하고 상기 적어도 하나의 인접 송신 릴레이에 상기 무선전력 제어 신호를 제공하여 상기 적어도 하나의 인접 송신 릴레이가 상기 무선전력을 특정 시간구간 동안 상기 생물체에 전송하도록 하며 상기 생물체의 식별코드 및 생체신호를 수신하는 무선전력 제어기;를 포함한다.
Description
본 발명은 케이지 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 무선전력 전송 효율이 거리에 민감한 점에서 케이지 내에 배치되는 복수의 무선전력 송신 릴레이들을 통해 무선전력의 효율을 개선할 수 있는 무선전력 전송 케이지 장치에 관한 것이다.
최근 동물이나 인체 내에 삽입되어 동물 또는 사람의 체온 등의 생체정보를 취득할 수 있는 바이오 센서 기술이 개발되고 있다. 특히, 신체의 피부 조직 아래에 직접 이식하여 체온 등의 생체정보를 측정하고, 별도의 리더기 또는 무선신호를 통해 생체이식 센서가 측정한 생체정보를 수집할 수 있는 기술들이 소개되고 있다.
또한, 이러한 생체이식 센서는 별도의 배터리가 없이도 무선전력을 통해 동작을 위한 전원을 공급받을 수 있으며, 최소화된 크기로 이식됨으로써 이식에 따른 부작용을 줄일 수 있고, 간단한 생체신호 측정이나 약물 주입 등에도 효과적으로 활용될 수 있다.
다만, 무선전력의 전송 효율은 거리에 매우 민감하다는 점에서, 활발하게 움직이는 생물체의 체내에 배치된 생체이식 센서에 무선전력을 안정적으로 제공하기 위한 기술이 필요할 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 무선전력 전송 효율이 거리에 민감한 점에서 케이지 내에 배치되는 복수의 무선전력 송신 릴레이들을 통해 무선전력의 효율을 개선할 수 있는 무선전력 전송 케이지 장치를 제공하고자 한다.
실시예들 중에서, 무선전력 전송 케이지 장치는 외벽을 따라 무선전력을 전송하는 루프안테나를 와인딩(winding)한 케이지; 상기 케이지 내에 그리드(grid) 구조로 배치되고 각각이 무선전력 제어 신호에 따라 상기 무선전력을 릴레이(relay)하도록 구현된 복수의 송신 릴레이들; 및 상기 복수의 송신 릴레이들 중 생물체의 위치에 인접한 적어도 하나의 인접 송신 릴레이를 결정하고 상기 적어도 하나의 인접 송신 릴레이에 상기 무선전력 제어 신호를 제공하여 상기 적어도 하나의 인접 송신 릴레이가 상기 무선전력을 특정 시간구간 동안 상기 생물체에 전송하도록 하며 상기 생물체의 식별코드 및 생체신호를 수신하는 무선전력 제어기;를 포함한다.
상기 장치는 상기 생물체의 식별코드 및 생체신호를 저장하는 메모리; 및 상기 식별코드 및 생체신호를 외부 장치로 전송하는 통신 모듈;을 더 포함할 수 있다.
상기 케이지는 상기 생물체의 활동 특성에 따른 상기 케이지 내 수직 동작 범위를 기준으로 상기 루프안테나의 와인딩 위치가 결정될 수 있다.
상기 케이지는 투명한 재질의 절연 물질로 구현될 수 있다.
상기 복수의 송신 릴레이들은 상기 케이지의 바닥면에 배치되고 상기 무선전력의 전송을 수행하면서 상기 생물체의 위치를 추적하도록 구현될 수 있다.
상기 무선전력 제어기는 상기 케이지의 상단부에 탈부착 가능하게 결합하는 케이지 덮개에 결합되고, 각각이 상호 결합되는 물리적 연결 단자를 포함하는 상기 케이지 덮개와 상기 케이지가 결합됨에 따라 상기 물리적 연결 단자를 통한 상기 루프안테나와의 전기적 연결이 완성되면 상기 무선전력의 전송 동작을 개시할 수 있다.
상기 무선전력 제어기는 상기 복수의 송신 릴레이들을 통해 상기 생물체의 위치를 감지하고 상기 특정 시간구간 내에 상기 생물체의 위치 변화가 검출되면 상기 적어도 하나의 인접 송신 릴레이를 갱신할 수 있다.
상기 무선전력 제어기는 상기 생물체의 위치 변화가 기 설정된 임계값을 초과하여 활동 상태가 되면 상기 무선전력의 전송을 중단하고 상기 위치 변화가 상기 임계값 이하로 떨어진 결과 상기 활동 상태가 해제되면 상기 무선전력의 전송을 재개할 수 있다.
개시된 기술은 다음의 효과를 가질 수 있다. 다만, 특정 실시예가 다음의 효과를 전부 포함하여야 한다거나 다음의 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 전송 케이지 장치는 무선전력 전송 효율이 거리에 민감한 점에서 케이지 내에 배치되는 복수의 무선전력 송신 릴레이들을 통해 무선전력의 효율을 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 생체신호 수집 시스템을 설명하는 도면이다.
도 2는 도 1의 케이지 장치의 기본 구성을 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 무선전력 전송 케이지에서의 무선전력 전송 과정을 설명하는 순서도이다.
도 4는 본 발명에 따른 생체신호 칩 장치의 일 실시예를 설명하는 도면이다.
도 5 및 6은 본 발명에 따른 케이지 장치의 일 실시예를 설명하는 도면이다.
도 2는 도 1의 케이지 장치의 기본 구성을 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 무선전력 전송 케이지에서의 무선전력 전송 과정을 설명하는 순서도이다.
도 4는 본 발명에 따른 생체신호 칩 장치의 일 실시예를 설명하는 도면이다.
도 5 및 6은 본 발명에 따른 케이지 장치의 일 실시예를 설명하는 도면이다.
본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
한편, 본 출원에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다"또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
각 단계들에 있어 식별부호(예를 들어, a, b, c 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
본 발명은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현될 수 있고, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
도 1은 본 발명에 따른 생체신호 수집 시스템을 설명하는 도면이다.
도 1을 참조하면, 생체신호 수집 시스템(100)은 생체신호 칩 장치(110), 케이지 장치(130) 및 데이터베이스(150)를 포함할 수 있다.
생체신호 칩 장치(110)는 생체신호를 측정하도록 구현된 임플란트 칩 장치에 해당할 수 있다. 생체신호 칩 장치(110)는 임플란트 기판(implantable substrate)을 포함하여 구현될 수 있으며, 임플란트 기판에 의해 주요 구성(component)들이 배치되어 지지될 수 있다. 일 실시예에서, 임플란트 기판은 유연소재 또는 생체적합성 물질로 구현될 수 있으며, 생체 내 이식된 상태에서 생체 조직의 변화에 적응적으로 결합될 수 있다.
또한, 생체신호 칩 장치(110)는 생물체의 신체에 부착되거나 또는 신체 내에 이식되어 운용 가능한 단말 장치로 구현될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 도 1에 도시된 바와 같이 하나의 생체신호 칩 장치(110)로 구현될 수 있으나, 필요에 따라 복수개로 구현될 수 있음은 물론이다. 이 경우, 각 생체신호 칩 장치(110)는 서로 다른 생물체들에 부착 또는 이식될 수 있고, 동일 생물체에 대해 동시에 다수가 부착 또는 이식될 수 있다.
또한, 생체신호 칩 장치(110)는 본 발명에 따른 생체신호 수집 시스템(100)을 구성하는 하나의 장치로서 구현될 수 있으며, 생체신호 수집 시스템(100)은 케이지 장치(130)의 구조 및 생체신호 수집 목적에 따라 다양한 형태로 변형되어 구현될 수 있다.
또한, 생체신호 칩 장치(110)는 본 발명에 따른 케이지 장치(130)와 무선으로 연결되어 동작 가능하도록 구현될 수 있으며, 반드시 이에 한정되지 않고, 다양한 유형의 센서들을 선택적으로 포함하여 구현될 수도 있다. 특히, 생체신호 칩 장치(110)는 독립적인 동작 수행을 위하여 적어도 하나의 MCU(Micro Controller Unit)를 포함하여 구현될 수도 있다.
한편, 생체신호 칩 장치(110)는 케이지 장치(130)와 NFC(Near Field Communication), BT(BlueTooth) 등의 근거리 무선 네트워크를 통해 연결될 수 있고, 무선전력 신호를 수신하여 별도의 전원 장치 없이도 독립적으로 동작할 수 있다. 따라서, 생체신호 칩 장치(110)가 복수로 구현된 경우 각 생체신호 칩 장치(110)는 케이지 장치(130)와 1:N 다채널 무선 통신을 수행할 수 있다.
케이지 장치(130)는 생체신호 칩 장치(110)와 연동하여 제한된 공간에 존재하는 생물체로부터 생체신호를 수집하고 이를 외부 장치(예를 들어, 생체신호 수집 서버 등)에게 전송하는 동작을 수행하도록 구현된 용기형 장치에 해당할 수 있다. 또한, 케이지 장치(130)는 생체신호 칩 장치(110)와 무선 네트워크로 연결될 수 있고, 네트워크를 통해 생체신호 칩 장치(110)와 데이터를 송·수신할 수 있다. 또한, 케이지 장치(130)는 독립된 외부 시스템(도 1에 미도시함)과 연결되어 동작하도록 구현될 수 있다.
일 실시예에서, 케이지 장치(130)는 생체신호 칩 장치(110)에게 무선으로 전력을 전송할 수 있는 무선전력 전송(wireless power transfer, WPT) 모듈을 포함하여 구현될 수 있다. 이때, 무선전력 전송 모듈은 전력을 무선으로 전송하기 위하여 안테나(antenna)를 포함하여 구현될 수 있다. 예를 들어, 무선전력 전송 모듈은 루프 안테나(loop antenna)를 포함할 수 있으며, 루프 안테나와 연결된 리더기(reader)를 더 포함할 수 있다.
데이터베이스(150)는 케이지 장치(130)의 동작 과정에서 필요한 다양한 정보들을 저장하는 저장장치에 해당할 수 있다. 예를 들어, 데이터베이스(150)는 생물체로부터 수집된 생체신호 정보를 저장하거나 또는 무선 통신과 전력 전송을 위한 정보를 저장할 수 있으며, 반드시 이에 한정되지 않고, 케이지 장치(130)가 생체신호 칩 장치(110)와 무선으로 연결되어 생체신호를 수집하는 과정에서 다양한 형태로 수집 또는 가공된 정보들을 저장할 수 있다.
또한, 도 1에서, 데이터베이스(150)는 케이지 장치(130)와 독립적인 장치로서 도시되어 있으나, 반드시 이에 한정되지 않고, 논리적인 저장장치로서 케이지 장치(130)에 포함되어 구현될 수 있음은 물론이다.
도 2는 도 1의 케이지 장치의 기본 구성을 설명하는 도면이다.
도 2를 참조하면, 케이지 장치(130)는 물리적 구조를 형성하는 외벽을 가진 케이지(210), 복수의 송신 릴레이들 및 무선전력 제어기(250)를 포함하여 구현될 수 있다. 또한, 케이지 장치(130)는 필요에 따라 생물체의 식별코드 및 생체신호를 저장하는 메모리, 식별코드 및 생체신호를 외부 장치로 전송하기 위한 통신 모듈 중 적어도 하나를 더 포함하여 구현될 수 있다.
한편, 여기에서는 설명의 편의를 위하여 각 구성들을 독립적인 구성들로 구분하여 설명하지만, 반드시 이에 한정되지 않고, 실시예에 따라 특정 구성을 생략하거나 또는 일부 구성을 선택적으로 포함하여 구현될 수 있음은 물론이다. 이하, 각 구성들에 대해 보다 자세히 설명한다.
케이지(210)는 물리적 구조를 형성하는 외벽에 결합되고 무선전력을 전송하기 위한 루프안테나를 포함하여 구현될 수 있다. 이때, 루프안테나는 외벽을 따라 와인딩되어 케이지(210)에 결합될 수 있으며, 외벽을 와인딩하는 횟수를 기준으로 단일 코일 또는 복수의 코일들을 형성할 수 있다. 또한, 루프안테나는 외벽을 따라 형성된 결과 외벽의 구조에 따른 형상으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 도 2에서, 케이지(210)가 직육면체 구조로 구현된 결과, 외벽을 따라 와인딩되어 형성된 루프 안테나는 사각형 형상으로 구현될 수 있다.
일 실시예에서, 케이지(210)는 생물체의 활동 특성에 따른 케이지(210) 내 수직 방향의 동작 범위를 기준으로 루프안테나의 와인딩 위치가 결정될 수 있다. 예를 들어, 생물체가 지상에서 활동하는 동물인 경우 루프안테나의 위치는 해당 생물체의 높이에 따라 결정될 수 있다. 생물체가 상공에서도 활동 가능한 동물인 경우 루프안테나의 위치는 케이지(210)의 높이에 따라 결정될 수 있다. 또한, 루프안테나는 복수개로 형성될 수 있으며, 이 경우 각각의 루프안테나들은 케이지(210)의 높이 방향을 따라 균일한 간격으로 이격되어 형성될 수 있다. 도 2에서는 루프안테나가 케이지(210)의 1/2 높이에 형성된 실시예에 해당할 수 있다.
일 실시예에서, 케이지(210)는 투명한 재질의 절연 물질로 구현될 수 있다. 케이지(210)는 투명한 재질로 구현됨으로써 내부에서 보호되는 생물체를 외부에서도 손쉽게 확인할 수 있게 하고, 생물체에 관한 연구 등에 있어서도 관찰의 편의성을 제공할 수 있다. 또한, 케이지(210)는 절연 물질로 구현됨으로써 외벽에 와인딩되는 루프안테나와의 간섭을 방지할 수 있다.
송신 릴레이(230)는 케이지(210) 내에서 생물체에 부착된 생체신호 칩 장치(110)와의 데이터 통신 및 전력 전송을 수행할 수 있다. 이를 위하여, 송신 릴레이(230)는 케이지(210) 내에서 복수개로 형성될 수 있으며, 각 송신 릴레이(230)는 데이터 통신 및 전력 전송에 효과적인 구조로 배치될 수 있다. 예를 들어, 복수의 송신 릴레이들은 케이지(210) 내에서 그리드(grid) 구조로 배치될 수 있다. 그리드 구조는 공간 내에서 일정한 규칙에 따라 반복적으로 배치되는 격자 형태의 배치 구조에 해당할 수 있다. 즉, 복수의 송신 릴레이들은 케이지(210) 내의 모든 공간에서 생체신호 칩 장치(110)와의 통신을 일정 수준 이상으로 제공하기 위하여 그리드 구조로 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 복수의 송신 릴레이(230)들은 케이지(210)의 바닥면에 배치되고 무선전력의 전송을 수행하면서 생물체의 위치를 추적하도록 구현될 수 있다. 즉, 송신 릴레이(230)는 케이지(210)의 외벽을 따라 형성된 루프 안테나와 생물체에 부착된 생체신호 칩 장치(110)와의 통신을 위해 무선 신호를 릴레이(relay)하는 동작을 수행할 수 있다. 루프 안테나와 생체신호 칩 장치(110) 사이의 무선 신호는 무선전력의 전송 과정 또는 생체신호의 전송 과정에서 발생할 수 있고, 케이지(210) 내 생물체의 움직임에 영향을 주지 않도록 케이지(210)의 바닥면 또는 천장면에 송신 릴레이가 배치될 수 있으나, 반드시 이에 한정되지 않음은 물론이다.
한편, 복수의 송신 릴레이(230)들 전부가 신호 릴레이 과정에 참여할 수 있으며, 필요에 따라 복수의 송신 릴레이(230)들 중 일부만이 신호 릴레이 과정에 참여할 수 있다. 만약 둘 이상의 송신 릴레이(230)들이 신호 릴레이 과정에 참여하는 경우 해당 송신 릴레이(230)들 중 일부는 생물체의 위치 추적에 사용될 수 있고, 나머지는 무선전력 전송에 참여함으로써 무선전력의 전송과 동시에 생물체의 위치 추적이 수행될 수 있다.
무선전력 제어기(250)는 복수의 송신 릴레이(230)들 중 생물체의 위치에 인접한 적어도 하나의 인접 송신 릴레이를 결정하고 적어도 하나의 인접 송신 릴레이에 무선전력 제어 신호를 제공하여 적어도 하나의 인접 송신 릴레이가 무선전력을 특정 시간구간 동안 생물체에 전송하도록 하며 생물체의 식별코드 및 생체신호를 수신할 수 있다. 무선전력 제어기(250)는 동작 연산을 위한 연산 유닛(예: CPU, MCU 등)을 포함하여 구현될 수 있으며, 필요에 따라 내부 메모리를 포함할 수 있다. 또한, 무선전력 제어기(250)는 케이지(210)에 배치된 복수의 송신 릴레이(230)들과 연결될 수 있으며, 케이지(210)에 와인딩된 루프 안테나와 연결될 수 있다. 또한, 무선전력 제어기(250)는 케이지(210)에 결합될 수 있고, 필요에 따라 케이지(210)와 별개의 장치로 구현되어 상호 연결될 수도 있다.
보다 구체적으로, 무선전력 제어기(250)는 복수의 송신 릴레이(230)들 중 생물체의 위치에 인접하는 일부를 선별하여 인접 송신 릴레이로서 결정할 수 있다. 생물체의 위치는 송신 릴레이(230)와 생체신호 칩 장치(110) 간의 신호 교환을 통해 결정될 수 있다. 예를 들어, 복수의 송신 릴레이(230)들 중에서 생물체에 부착된 생체신호 칩 장치(110)와의 신호의 세기가 가장 큰 송신 릴레이가 인접 송신 릴레이로서 결정될 수 있다. 또한, 무선전력 제어기(250)는 적어도 하나의 송신 릴레이(230)를 하나로 묶어 송신 릴레이 집합을 생성할 수 있다.
이후, 무선전력 제어기(250)는 인접 송신 릴레이에게만 무선전력 제어 신호를 제한적으로 제공하여 해당 인접 송신 릴레이를 통해 무선전력을 전송할 수 있다. 즉, 인접 송신 릴레이는 복수의 송신 릴레이(230)들 중에서 무선전력 제어기(250)에 의해 제공된 무선전력 제어 신호를 수신한 송신 릴레이에 해당할 수 있다. 이때, 인접 송신 릴레이의 일부는 특정 시간구간 동안만 제한적으로 무선전력을 생물체에 전송할 수 있으며, 이와 동시에 나머지 인접 송신 릴레이는 생물체의 위치를 추적하는 과정에 참여할 수 있다. 무선전력 제어기(250)는 인접 송신 릴레이에게 전송되는 무선전력 제어 신호에 송신 릴레이 동작에 관한 제한 시간 정보를 추가하여 전송할 수 있다.
일 실시예에서, 무선전력 제어기(250)는 케이지(210)의 상단부에 탈부착 가능하게 결합하는 케이지 덮개에 결합될 수 있고, 각각이 상호 결합되는 물리적 연결 단자를 포함하는 케이지 덮개와 케이지(210)가 결합됨에 따라 물리적 연결 단자를 통한 루프안테나와의 전기적 연결이 완성되면 무선전력의 전송 동작을 개시할 수 있다. 보다 구체적으로, 케이지(210)는 바닥면과 측면부를 포함하는 외벽을 포함하여 형성될 수 있으며, 케이지 덮개는 천정면이 없는 케이지(210)에 대해 케이지(210)의 상단부에 결합되어 천정면을 형성할 수 있다.
이때, 무선전력 제어기(250)는 케이지 덮개에 배치될 수 있으며, 케이지 덮개와 케이지(210) 간의 전기적 연결을 위해 케이지 덮개와 케이지(210)에는 결합 시 상호 대응되는 위치에 전기적 연결을 제공하는 물리적 연결 단자가 배치될 수 있다. 따라서, 케이지(210)와 케이지 덮개가 정상적으로 결합되면 물리적 연결 단자가 연결됨으로써 케이지(210)에 결합된 루프안테나와 케이지 덮개에 결합된 무선전력 제어기(250) 간에도 전기적 연결이 완성될 수 있다. 즉, 무선전력 제어기(250)는 전기적으로 연결된 루프안테나를 제어함으로써 케이지(210) 내에 배치된 생물체의 체내 센서와의 데이터 통신 및 무선전력 전송을 수행할 수 있다.
일 실시예에서, 무선전력 제어기(250)는 복수의 송신 릴레이(230)들을 통해 생물체의 위치를 감지하고 특정 시간구간 내에 생물체의 위치 변화가 검출되면 적어도 하나의 인접 송신 릴레이를 갱신할 수 있다. 생물체의 체내에 부착된 체내 센서는 케이지(210) 내에 배치된 송신 릴레이(230)와 연결될 수 있으며, 무선전력 제어기(250)는 복수의 송신 릴레이(230)들에서 감지되는 연결 신호를 기초로 케이지(210) 내 생물체의 위치를 모니터링할 수 있다. 예를 들어, 무선전력 제어기(250)는 복수의 송신 릴레이(230)들로부터 생체신호 칩 장치(110)와의 연결 신호를 수집하고 연결 신호의 세기를 군집화(clustering)하여 기준 세기 이상의 송신 릴레이(230)들이 공통적으로 인접하는 위치를 생물체의 위치로서 추정할 수 있다.
특히, 무선전력 제어기(250)는 데이터 통신 또는 무선전력 전송 과정에서 생물체의 위치 변화가 발생하는 경우 인접 송신 릴레이를 갱신하여 생물체에 보다 가깝게 위치하는 인접 송신 릴레이를 검출할 수 있으며, 갱신된 인접 송신 릴레이를 통해 관련 동작을 계속 수행할 수 있다.
일 실시예에서, 무선전력 제어기(250)는 생물체의 위치 변화가 기 설정된 임계값을 초과하여 활동 상태가 되면 무선전력의 전송을 중단하고 위치 변화가 임계값 이하로 떨어진 결과 활동 상태가 해제되면 무선전력의 전송을 재개할 수 있다. 무선전력 제어기(250)는 복수의 송신 릴레이(230)들과 연동하여 케이지(210) 내 생물체의 위치를 모니터링할 수 있으며, 생물체의 위치 변화를 통해 생물체의 현재 상태를 추정할 수 있다. 활동 상태는 생물체가 현재 활발하게 움직이는 상태로 정의될 수 있으며, 무선전력 제어기(250)는 생물체의 위치 변화를 기초로 생물체의 활동 상태를 결정할 수 있다. 즉, 생물체의 위치 변화가 기 설정된 임계값을 초과하면 활동 상태로 변경되고 생물체의 위치 변화가 임계값 이하로 떨어지면 활동 상태가 해제될 수 있다. 무선전력 제어기(250)는 생물체의 활동 상태에 따라 무선전력의 전송 동작을 중단 또는 재개할 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 무선전력 전송 케이지에서의 무선전력 전송 과정을 설명하는 순서도이다.
도 3을 참조하면, 케이지 장치(130)는 무선전력 제어기(250)를 통해 생물체에 이식된 생체신호 칩 장치(110)에게 무선전력을 전송할 수 있다. 보다 구체적으로, 무선전력 제어기(250)는 복수의 송신 릴레이(230)들과 연동하여 생물체의 위치를 검출할 수 있다(단계 S310). 이후, 무선전력 제어기(250)는 복수의 송신 릴레이(230)들 중에서 생물체의 위치에 인접하는 인접 송신 릴레이들을 결정할 수 있다(단계 S330). 무선전력 제어기(250)는 인접 송신 릴레이들에게 무선전력 제어 신호를 전송할 수 있으며(단계 S350), 각 인접 송신 릴레이는 생체신호 칩 장치(110)로의 무선전력 전송이 개시되면 무선전력 제어 신호에 따라 무선전력을 릴레이(relay)하는 동작을 수행할 수 있다(단계 S370).
도 4는 본 발명에 따른 생체신호 칩 장치의 일 실시예를 설명하는 도면이다.
도 4를 참조하면, 생체신호 칩 장치(110)는 임플란트 기판 상에 배치된 체내 센서(410), 체내 프로세서(430), 체내 메모리(450) 및 무선전력 컨트롤러(490)를 포함하는 생체신호 칩으로 구현될 수 있다. 이때, 임플란트 기판은 생체 이식 가능한 유연소재 또는 생체적합성 있는 물질로 구현될 수 있으며, 생체 이식형 플랫폼 보호 코팅을 통해 보호될 수 있다. 예를 들어, 생체적합성 있는 물질은 생체 조직에 대한 실질적 염증반응 또는 면역반응을 일으키지 않는 물질에 해당할 수 있다.
구체적으로, 체내 센서(410)는 센서 소켓을 통해 임플란트 기판과 연결될 수 있다. 이때, 센서 소켓은 다양한 체내 센서(410)와 물리적으로 결합 가능하도록 구현될 수 있다. 또한, 센서 소켓은 필요에 따라 하나 이상의 소켓들을 포함하여 구현됨으로써 복수의 체내 센서(410)들로 확장 가능한 인터페이스를 제공할 수 있다. 예를 들어, 센서 소켓은 시리얼 인터페이스(Serial Interface), 범용 입출력 포트(GPIO, General Purpose Input Output)등을 포함할 수 있다.
또한, 체내 센서(410)는 측정하고자 하는 생체신호의 유형과 특성에 따라 다양한 형태로 구현될 수 있다. 예를 들어, 체내 센서(410)는 2개의 전극(Electrode)과 밴드 패스 필터(Band pass filter), 계측 증폭기(Instrumentation Amplifier), AD 컨버터(ADC) 등을 포함하여 구현될 수 있다. 다른 예로서, 체내 센서(410)는 2개의 전극(Electrode)과 차동 증폭기(Differential Amplifier), 하이패스 필터(High-pass filter), 비교기(Comparator) 등을 포함하여 구현될 수 있으며, 반드시 이에 한정되지 않고, 다양한 구성들을 선택적으로 포함하여 구현될 수 있다.
또한, 체내 센서(410)는 온도 센서, PPG(Photoplethysmogram) 센서, ECG 센서, ECOG 센서 등을 포함할 수 있다. 온도 센서는 체내의 온도를 측정하는 센서이고, PPG 센서는 광혈류측정 센서로서 조직 내 혈류의 변화를 측정하는 센서이며, ECG(Electorcardiogram) 센서는 심전도 센서로서 심장근육의 수축 및 이완시 발생하는 전위 신호를 측정하는 센서이고, ECOG(ElectroCorticography) 센서는 뇌의 전기신호를 측정하는 센서이다. 체내 센서(410)는 측정하는 데이터 특성 및 센서 유형에 따라 생체신호 측정에 적합한 체내 위치가 결정될 수 있다.
체내 프로세서(430)는 MCU(예: CPU 등)로 구현될 수 있으나 반드시 이에 한정되지 않음은 물론이다. 이에 따라, 생체신호를 저장하는 체내 메모리(450)는 MCU의 내부 메모리로 구현될 수 있다. 또한, 체내 메모리(450)에 저장된 데이터들은 전기적으로 연결된 체내 프로세서(430)에 의해 접근될 수 있으며, 본 발명에 따른 생체신호 수집 과정에서 사용될 수 있다.
무선전력 컨트롤러(470)는 임플란트 기판 상에 배치되고 데이터 전송 및 무선전력의 송수신을 제어할 수 있다. 무선전력 컨트롤러(470)는 무선 전력 및 데이터 통신을 위해 안테나와 직접 연결될 수 있으며, NFC 인터페이스(NFC Interface)와 레귤레이터(Regulator) 등을 포함하여 구현될 수 있다.
일 실시예에서, 무선전력 컨트롤러(470)는 외부의 전력 전송 장치로부터 무선전력을 수신하는 경우 체내 프로세서(430)에 의해 설정된 전송 경로를 통해 무선전력을 전송할 수 있다. 이를 위하여, 무선전력 컨트롤러(470)는 체내 프로세서(430)와 연결될 수 있고, 외부로부터 공급된 무선전력을 가상의 전송 채널을 통해 공급할 수 있다.
도 5 및 6은 본 발명에 따른 케이지 장치의 일 실시예를 설명하는 도면이다.
도 5 및 6을 참조하면, 케이지 장치(130)는 외벽을 따라 무선전력을 전송하는 루프안테나(530)를 와인딩(winding)한 케이지(210)를 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 케이지(210)는 상단부가 개방된 구조로 구현될 수 있고, 케이지 덮개(510)와 결합됨으로써 상단부가 폐쇄되도록 구현될 수 있다.
일 실시예에서, 무선전력 제어기(250)는 케이지 덮개(510)에 결합될 수 있다. 이 경우, 무선전력 제어기(250)는 케이지(210)의 외벽을 따라 와인딩된 루프안테나(530)와 전기적으로 연결될 수 있다. 이를 위하여, 케이지 덮개(510)와 케이지(210) 각각은 상호 결합되는 물리적 연결 단자(A, A')를 포함하여 구현될 수 있다.
도 5에서, 물리적 연결 단자 (A)는 케이지 덮개(510)의 하단면에 배치될 수 있고, 물리적 연결 단자 (A')는 케이지(210)의 상단면에 배치될 수 있다. 즉, 도 6에 도시된 바와 같이, 케이지 덮개(510)가 케이지(210)의 상단면에 결합되면 물리적 연결 단자 (A) 및 (A')도 상호 연결될 수 있다. 이에 따라, 케이지 덮개(510)에 배치된 무선전력 제어기(250)와 케이지(210)에 배치된 루프안테나(530) 간에 전기적 연결이 완성될 수 있으며, 무선전력 제어기(250)는 전기적으로 연결된 루프안테나(530)를 통해 생물체(550)에 이식된 생체신호 칩 장치(110)와의 데이터 통신 또는 무선전력 전송을 수행할 수 있다.
한편, 물리적 연결 단자는 케이지 덮개(510)와 케이지(210) 내에 각각 상호 대응되는 위치에 배치될 수 있으며, 필요에 따라 하나 이상으로 구성될 수 있다. 또한, 물리적 연결 단자는 구리, 금, 알루미늄 등의 금속으로 구현될 수 있으며, 금속 이외의 전도성 물질로 구현될 수도 있다. 또한, 물리적 연결 단자는 자성을 갖도록 구현될 수 있으며, 자력에 의해 상호 결합될 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 생체신호 수집 시스템
110: 생체신호 칩 장치 130: 케이지 장치
150: 데이터베이스
210: 케이지 230: 송신 릴레이
250: 무선전력 제어기
410: 체내 센서 430: 체내 프로세서
450: 체내 메모리 470: 무선전력 컨트롤러
510: 케이지 덮개 530: 루프안테나
550: 생물체
110: 생체신호 칩 장치 130: 케이지 장치
150: 데이터베이스
210: 케이지 230: 송신 릴레이
250: 무선전력 제어기
410: 체내 센서 430: 체내 프로세서
450: 체내 메모리 470: 무선전력 컨트롤러
510: 케이지 덮개 530: 루프안테나
550: 생물체
Claims (8)
- 외벽을 따라 무선전력을 전송하는 루프안테나를 와인딩(winding)한 케이지;
상기 케이지 내에 그리드(grid) 구조로 배치되고 각각이 무선전력 제어 신호에 따라 상기 무선전력을 릴레이(relay)하도록 구현된 복수의 송신 릴레이들; 및
상기 복수의 송신 릴레이들 중 생물체의 위치에 인접한 적어도 하나의 인접 송신 릴레이를 결정하고 상기 적어도 하나의 인접 송신 릴레이에 상기 무선전력 제어 신호를 제공하여 상기 적어도 하나의 인접 송신 릴레이가 상기 무선전력을 특정 시간구간 동안 상기 생물체에 전송하도록 하며 상기 생물체의 식별코드 및 생체신호를 수신하는 무선전력 제어기;를 포함하는 무선전력 전송 케이지 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 생물체의 식별코드 및 생체신호를 저장하는 메모리; 및
상기 식별코드 및 생체신호를 외부 장치로 전송하는 통신 모듈;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송 케이지 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 케이지는
상기 생물체의 활동 특성에 따른 상기 케이지 내 수직 동작 범위를 기준으로 상기 루프안테나의 와인딩 위치가 결정되는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송 케이지 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 케이지는
투명한 재질의 절연 물질로 구현되는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송 케이지 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 복수의 송신 릴레이들은
상기 케이지의 바닥면에 배치되고 상기 무선전력의 전송을 수행하면서 상기 생물체의 위치를 추적하도록 구현되는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송 케이지 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 무선전력 제어기는
상기 케이지의 상단부에 탈부착 가능하게 결합하는 케이지 덮개에 결합되고,
각각이 상호 결합되는 물리적 연결 단자를 포함하는 상기 케이지 덮개와 상기 케이지가 결합됨에 따라 상기 물리적 연결 단자를 통한 상기 루프안테나와의 전기적 연결이 완성되면 상기 무선전력의 전송 동작을 개시하는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송 케이지 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 무선전력 제어기는
상기 복수의 송신 릴레이들을 통해 상기 생물체의 위치를 감지하고 상기 특정 시간구간 내에 상기 생물체의 위치 변화가 검출되면 상기 적어도 하나의 인접 송신 릴레이를 갱신하는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송 케이지 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 무선전력 제어기는
상기 생물체의 위치 변화가 기 설정된 임계값을 초과하여 활동 상태가 되면 상기 무선전력의 전송을 중단하고 상기 위치 변화가 상기 임계값 이하로 떨어진 결과 상기 활동 상태가 해제되면 상기 무선전력의 전송을 재개하는 것을 특징으로 하는 무선전력 전송 케이지 장치.
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|---|---|---|---|---|
| KR20080017247A (ko) | 2006-08-21 | 2008-02-26 | 가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼 | 생체이식용 ｒｆｉｄ태그 및 그 삽입지그체 |
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2023
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Patent Citations (1)
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|---|---|---|---|---|
| KR20080017247A (ko) | 2006-08-21 | 2008-02-26 | 가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼 | 생체이식용 ｒｆｉｄ태그 및 그 삽입지그체 |
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