손목 피치, 손가락 굽힘 및 입 움직임을 전달할 수 있는 웨어러블 센서(오른쪽 실험실 테스트 장치)(제공: 중국 베이징 사범대학교 Kun Xiao)

장애인을 위한 새로운 유형의 얇은 웨어러블 센서는 손, 손가락 또는 얼굴 움직임을 음성이나 터치스크린 없이도 의사소통으로 전환할 수 있다.

이 센서는 재활 응용 분야에 새로운 가능성을 열어주고 장애가 있는 사람들이 보다 쉽게 의사소통할 수 있도록 돕는다고 중국 베이징 사범 대학(Beijing Normal University)의 연구원들이 말했다. 센서는 장기간 착용해도 편안하고 높은 정확도로 움직임을 감지하도록 설계되었다.

몸짓이나 표정으로 의사소통하기

쿤샤오(Kun Xiao) 연구원은 “뇌졸중에서 회복 중인 사람의 경우 이 센서는 손목, 손가락 또는 얼굴 움직임을 모니터링하여 재활 진행 상황을 모니터링할 수 있다.”라고 말했다. "심각한 거동 장애나 언어 장애가 있는 개인의 경우 센서는 제스처나 얼굴 표정을 단어나 명령으로 변환하여 다른 사람과 의사소통하거나 기술과 더 쉽게 상호 작용할 수 있도록 해준다."

센서는 폴리디메틸실록산(PDMS)이라는 부드럽고 유연한 소재와 광섬유 브래그 격자(FBG)를 결합한다. 베이징 사범대학의 광학, 생체 의학, 소프트웨어 및 전기 공학 분야의 다학제 연구원 팀에 따르면 센서는 제스처 인식 및 의사소통 지원과 관련된 테스트에서 높은 수준의 감도와 정확도를 보여주었다.

피트니스, 운동, 건강 용도

연구원들은 센서가 미묘한 신체 움직임을 감지하여 호흡이나 심박수와 같은 다른 건강 지표를 모니터링하는 것과 같은 응용 분야에 맞게 조정될 수 있으며 운동 선수 또는 피트니스 애호가가 실시간으로 자신의 형태나 기술을 모니터링하고 개선할 수 있다고 지적했다. 보다 몰입감 있고 상호 작용적인 경험을 위해 게임 시스템에 통합되었다.

맞춤형 보조 기술

이 새로운 작업은 혁신적인 보조 기술 개발을 목표로 하는 대규모 프로젝트의 일부이며, 장애인과 뇌졸중과 같이 기본적인 움직임과 의사소통에 어려움을 겪는 사람들이 직면한 어려움에서 영감을 얻었다.

베이징 사범대학교의 주오 왕(Zhuo Wang)은 "전통적인 방법은 너무 번거롭고 정확성이 부족하거나 개인의 요구를 충족시킬 만큼 다재다능하지 않았다"고 말했다. "우리의 목표는 동작을 정확하게 감지하고 일상적으로 사용하기에 편안한 웨어러블 솔루션을 개발하여 재활 및 지원에 대한 보다 개인화되고 적응적인 접근 방식을 제공하는 것이었다."

유연하고 피부 친화적인 소재

이를 위해 연구원들은 매우 유연하고 피부 친화적인 실리콘 엘라스토머의 일종인 PDMS로 만든 패치를 만들었다. 이를 통해 사람들은 자극이나 불편함 없이 오랫동안 착용할 수 있다. 패치에 움직임 감지 기능을 제공하기 위해 연구원들은 특정 광 파장을 반사하는 동시에 다른 모든 파장을 전송하기 위해 광섬유의 짧은 세그먼트에 에칭된 반사기 유형인 FBG를 PDMS에 내장했다.

“우리는 더 두꺼운 PDMS 패치를 사용하면 더 뚜렷한 파장 변화가 발생한다는 것을 발견했다. PDMS의 감도 향상 효과를 활용하면 이러한 광학 센서가 손가락의 미세한 구부림이나 손목의 비틀림까지도 감지할 수 있다.”라고 구이린 전자 기술 대학교의 추안신 텡(Chuanxin Teng)이 말했다.

센서는 다양한 용도로 신체의 다양한 부위에 적용할 수 있다. 정밀한 교정 방법을 통해 센서를 각 사용자에게 맞춤화하여 다양한 응용 분야에 적용할 수 있다.

움직임을 커뮤니케이션으로 전환

PDMS 내장형 웨어러블 FBG 센서의 기능을 입증하기 위해 연구원들은 제스처 인식 및 통신 지원에 초점을 맞춘 일련의 테스트를 수행했다. 참가자 개인별로 센서를 보정한 후 손목, 손가락 등 신체의 다양한 부위에 센서를 부착해 다양한 움직임을 감지했다.

그들은 또한 센서가 간단한 제스처를 명령이나 메시지로 변환할 수 있는 시스템을 개발했다. 예를 들어, 그들은 손가락 움직임을 사용하여 모스 부호에 기초한 단어를 철자했다.

두 테스트 모두에서 센서는 광범위한 제스처를 인식하고 이를 단어로 변환하는 데 있어 높은 수준의 민감도와 정확도를 보여주어 언어 또는 이동 장애가 있는 개인을 위한 보조 기술로서의 잠재력을 보여주었다.

개선

연구진은 센서 시스템을 쉽게 착용할 수 있도록 더 작고 더 통합적으로 만들 계획이다. 뿐만 아니라 스마트폰, 컴퓨터 또는 의료 기기와 무선으로 통신하는 센서의 능력을 향상시키고 습기, 열 및 스트레칭에 대한 노출을 포함하여 일상적인 마모를 견딜 수 있는지 확인한다.

이를 통해 사용자는 기술과 상호 작용할 수 있으며 간병인이나 의료 전문가가 진행 상황이나 데이터를 실시간으로 모니터링할 수 있다.