모든 동작 실시간 3D 분석, 진동 피드백 교정 가능
최근 국내 연구진이 국민 삶의 질 향상을 위해 의료, 재활 및 악기 학습과 스포츠 활동에 대해 모션을 DB화하고 콘텐츠화하여 스마트웨어에 적용함으로써 일상생활에서 잘못된 자세에 의한 질병을 예방하고 치료를 도우며, 각종 레저와 스포츠학습을 위해 필요한 자세와 움직임을 3차원으로 비교 분석한 후 실시간으로 교정할 수 있는 스마트웨어 시스템을 개발했다.
ETRI(한국전자통신연구원)는 사람의 신체 주요 관절에 17개의 센서와 10개의 액추에이터(Actuator)를 부착해 배우는 대상과 나의 움직임을 3D로 분석 및 비교함으로써 올바르지 않게 동작할 경우 진동 신호를 줘 교정이 가능한 기술을 개발했다. 여기서, 액추에이터는 동력을 이용해 기계를 동작시키는 장치로, 연구진은 자이로(Gyro) 장치와 함께 사용해 동작이 다를 경우 진동을 느끼도록 구현했다.
연구진은 이 기술이 17개의 관절마다 설치된 센서를 통해 얻은 데이터값으로 관절의 각도나 3차원 위치좌표를 알 수 있다고 설명했다. 따라서 ETRI가 개발한 옷을 입거나 밴드를 붙이면 배우기 어려운 운동의 동작이나 척추 자세교정, 재활치료 등 움직이는 동작을 따라 하는데 유용하다. 예를 들면, 골프나 야구를 배울 때 지도자로부터 교육 받은 뒤 본인의 스윙 모습을 유명 선수와 비교해 영상으로 볼 수 있다. 이때 팔꿈치의 각도나 머리의 위치 등 세부적인 데이터들이 화면에 표시되어 선수의 동작과 본인의 차이를 계산을 통해 알려줌으로써 보정해 주는 원리다. 특히 운동 시 틀린 동작을 하면 ‘드르륵’하며 진동을 느껴 해당 부분의 학습에 집중할 수 있다. 또한 특정 부분이 문제일 경우 집중적으로 해당 부분에 센서 장치를 설치해 강화훈련도 할 수 있다.
이 기술이 개발됨에 따라 자세 교정이나 동작을 요하는 학습 시간을 획기적으로 단축시킬 수 있게 되었다. 또 배우는 사람은 과학적인 맞춤형 교육이 가능해 학습효율이 극대화되어 비용 절감도 가능하다.
ETRI는 이 기술이 원격에서도 사용할 수 있다고 설명했다. 즉 서울에 사는 선생님이 인터넷을 통해 멀리 떨어진 제자의 모습을 보며 교정훈련도 할 수 있는 것이다.
스마트웨어의 상의는 센서와 액추에이터가 달린 옷을 입으면 된다. 하의는 밴드형 탈부착 형태로 허벅지, 종아리, 발목부분에 붙여 사용할 수 있어 편리하다.
연구진은 향후 이 기술이 골프 등 레저 스포츠 배우기나 체육활동, 어려운 동작을 따라 배우는 자세훈련, 재활치료 교육 프로그램, 콘텐츠 사업 등에 널리 활용될 것으로 전망하고 있다.
모션 센싱, 액추에이션 상호 작용 가능
ETRI의 개발 성과는 척추질환 예방용 수트, 골프 모션 학습용 수트, 대화형 실시간 골프 학습용 콘텐츠로 나눌 수 있다.
이 수트는 자수(刺繡)가 가능한 전도성사(傳導性紗)로서 100회 구부림, 5회 세탁 회로연결 시험 등을 통해 90% 이상 전기저항에 차이가 없음을 입증했다. 자수가 가능한 전도성사란, 옷감에 수를 놓듯이 전기가 통하는 실을 연결하는 기술을 말한다. 또한 연구진은 이 기술이 SOT(System on Textile) 기반 지능형 인터랙티브 섬유기술과 다채널 센싱 네트워킹 기술이 적용되었다고 설명했다.
▲ 그림 1. SOT 전도성사 및 시리얼 통신용 섬유 밴드
이로써 사람의 인체와 스마트 의류, 외부 제품사이에서 모션을 센싱하고 액추에이션의 상호작용이 가능한 스마트웨어 기술을 개발했다.
ETRI는 모션 콘텐츠 기반의 스마트 의류 기술은 기존에 없던 신개념의 기술이며, 다양한 분야에서 학습 방법에 대한 새로운 패러다임을 제시할 수 있는 기술이라고 설명했다. 아울러, 이번 스마트웨어 기술 개발을 통해 전통적으로 노동집약적이었던 섬유산업과 ICT 기술이 융합함으로써 새로운 웨어러블 스마트기기의 산업생태계를 구축, 글로벌 트랜드를 선도할 수 있는 신제품 및 새로운 서비스 시장의 창출을 견인할 것으로 예상했다.
이 연구는 미래창조과학부의 지원으로 이루어 졌으며 SCI급 논문 5편, 특허출원 20여건, 기술이전을 했다고 밝혔다. 상용화는 내년 말로 보고 있다.
모션 교정 및 학습에 효과적
이번에 개발된 척추질환 예방용 수트는 신호선과 전원선을 스트레칭 특성을 반영하여 자수로 제작한 스마트웨어다. 4개의 관성센서로 자세를 측정하고 판단한다. 4개의 진동 장치는 신체의 견갑골과 쇄골에 위치해 잘못된 자세를 실시간 교정한다. 이로써 학생과 직장인의 척추질환 예방에 큰 도움을 줄 것으로 예상된다.
▲ 그림 2. 대화형 골프 학습 응용 시스템
골프모션 학습용 수트는 착용성이 뛰어나고 신호전달 특성이 좋은 밴드형으로 제작되었으며 초급, 중급, 고급자의 단계별 학습과 스윙의 스텝별 분석으로 실시간 교정이 가능한 골프 학습용 스마트웨어다.
▲ 그림 3. 학습자와 티칭 프로의 골프 학습 시스템 활용 시연
이와 함께 ETRI는 골프 티칭 프로와 온·오프라인 레슨이 가능한 대화형 실시간 골프 학습용 콘텐츠도 함께 개발했다. 기존에는 주로 스윙 동작을 영상으로 촬영해 보면서 학습자에게 설명하며 교정하다 보니 많은 어려움이 있었다. 그러나 이번에 개발된 스마트웨어와 대화형 실시간 골프 학습용 콘텐츠를 사용하면, 학습자의 스윙을 3D로 바로 분석하고 에러가 발생한 위치에 실시간으로 진동 자극을 통한 피드백을 주어 자세 교정과 모션 학습 시간을 획기적으로 단축시킬 수 있다.
ETRI 강성원 지능형반도체연구본부장은 “상호작용이 가능한 섬유 및 IT 융합 기술을 통한 스마트웨어 기술은 일반 사용자들의 교육, 의료복지, 레포츠 등 모션의 교정 및 학습이 필요한 모든 응용 분야에 기술개발을 촉진할 것으로 예상된다”고 말했다.
이번 성과는 ETRI가 주관하고 한국섬유소재연구원, 한국자카드섬유연구소, 상명대, 조선대, KAIST, 비에네스소프트가 공동 참여했다.
