인체동작 모니터링을 위한 광섬유 기반 의류 소매형 동작센서 연구

강다혜 ( Da Hye Kang ),이영재 ( Young Jae Lee ),이정환 ( Jeong Whan Lee ),이주현 ( Joo Hyeon Lee ) 한국감성과학회 2011 감성과학 Vol.14 No.2

인체의 동작 센싱 방법에 대한 연구가 다양하게 진행되어 왔으나, 기존의 동작 센싱 방식에는 많은 한계점들이 있다. 기존의 동작 센싱 방식의 한계점을 보완하기 위한 일환의 노력으로, 이 논문에서는 비구속적인 동작 센싱이 가능한 광섬유 기반 의류 소매형 동작센서를 탐색적으로 연구하는데 목표를 두었다. 이 논문에서는 광섬유 기반의 의류 소매형 동작 센서를 고안하고, 이를 통하여 일상생활 중에 다양한 동작을 센싱하는 것이 가능한가에 대하여 탐색적 연구를 수행하였다. 또한 본 연구의 범위는 광섬유 기반 동작센서의 가능성 여부와 주요 요건을 탐색하는 것이며, 소매 패턴과 봉제 방식의 특성, 착용자의 체형 특성이 미친 영향은 연구 범위에서 제외되었다. 이러한 방식으로 의복에 적용 가능하도록 고안된 광섬유 기반 의류 소매형 동작센서는, 기존의 동작 센싱 시스템에 비하여 더욱 미세한 인체 동작 측정이 가능하며, 시간·공간의 제약 없이 저비용으로 인체 동작 측정이 가능하다는 장점을 갖는다. Although diverse researches on sensing method of human movement have been performed, there are still many limitations to the existing methods. As a part of supplementing the limitations to the existing motion sensing methods, this study aimed to execute an exploratory examination on a POF-based sleeve-shaped motion sensor for less restrictive sensing of human movement. In this study, a set of POF-based motion sensor, which was embedded in a sleeve-shaped platform was devised, and a set of exploratory experiments was performed on the possibility of sensing of human movement as diverse as in daily life, through this device. The scope of this research was limited to an exploration on the possibility and basic elements of POF-based sleeve-shaped motion sensor, while the influence of sleeve patterns, those of wearer`s somatotype, those of sewing method were not studied in this study. When compared to the pre-existing methods, the POF-based motion sensor platformed on sleeve in this study, which was purposively devised to be applied to the motion sensing clothing shows some beneficial characteristics: more sensitive measurement on human motion, low cost, no timely restriction in sensing, no request for gigantic apparatus and space for sensing.

CNT 기반의 직물센서 구현 방법에 따른 관절동작 센싱 효율 평가

조현승 ( Hyun-seung Cho ),양진희 ( Jin-hee Yang ),이주현 ( Joo-hyeon Lee ) 한국감성과학회 2021 감성과학 Vol.24 No.4

본 연구의 목적은 본 연구에서는 탄소나노튜브 기반의 신축성 직물 센서의 모양과 의복 상 부착 위치가 아동의 사지 관절 동작 센싱 성능에 미치는 영향을 분석하고, 이를 통해 아동의 사지 동작 센싱에 적합한 직물 동작 센서의 요건을 규명하고자 하였다. 실험 대상 아동에게 2종의 센서 모양과 2개의 센서 부착 위치에 따라 조작된 실험복을 착의시킨 후 60 deg/sec의 속도로, 팔과 다리의 굽힘-폄 동작(60°, 90°의 동작 각도별로 10회씩 3회 반복 동작, 총 60회 동작)에 의한 직물 센서의 신장과 수축에 따른 전압의 변화량을 측정하였으며, 가속도 센서를 함께 부착하여, 센싱 결과의 일치도를 분석함으로써 신뢰도를 검증하였다. 실험 결과 아동의 팔과 다리 동작을 가장 효율적으로 측정할 수 있는 직물 센서의 구성 요건은 장방형 모양 센서 및 관절로부터 4㎝ 아래 부위에 부착된 센서로 나타났다. 본 연구에서는 아동의 사지 동작 측정에 적합한 직물 센서를 개발하고 관절동작 센싱에 적합한 센서의 모양과 의복 상 부착 위치에 대한 조건을 분석하였으며, 의복에 통합된 유연한 직물 센서를 활용하여 인체 부위별 동작 센싱이 가능하다는 것을 규명하였다. This study aimed to determine the effects of the shape and attachment position of stretchable textile sensors coated with carbon nanotube on their performance when used to measure children's joint movements. Moreover, the child-safe requirements for fabric motion sensors are established. The child participants were advised to wear integrated clothing equipped with the sensors of various shapes (rectangular and boat-shaped) and attachment positions (at the knee and elbow joints or 4 cm below the joints). The voltage change induced by the elongation and contraction of the fabric sensors was determined for arm and leg flexion-extension motions at 60 deg/s (three measurements of 10 repeats each for 60°and 90°angles, for a total of 60 repetitions). Their dependability was determined by comparing the fabric motion sensors to the associated acceleration sensors. The experimental results indicate that the rectangular-shaped sensor affixed 4 cm below the joint is the most effective fabric motion sensor for measuring children's arm and leg motions. In this study, we designed a textile sensor capable of tracking children's joint motion and analyzed the sensor shape and attachment position on motion sensing clothing. We demonstrated that flexible fabric sensors integrated into garments may be used to detect the joint motions of the human body.

동작에 따른 피부변화 분석을 통한 동작센서 부착의 최적위치 탐색: 조정 동작을 중심으로

한보람 ( Bo-ram Han ),박선형 ( Seonhyung Park ),조현승 ( Hyun-seung Cho ),강복구 ( Bokku Kang ),김진선 ( Jin-sun Kim ),이주현 ( Joohyeon Lee ),김한성 ( Han Sung Kim ),이해동 ( Hae-dong Lee ) 한국감성과학회 2017 감성과학 Vol.20 No.1

하이테크놀로지를 여러 가지 다른 영역과 융합하고자 하는 노력이 다양한 연구 분야에서 시도되고 있으며, 스포츠웨어를 개발함에 있어 운동선수의 운동능력을 향상시키기 위한 분야에 이러한 첨단 기술들이 도입되고 있다. 본 연구는 스포츠 훈련에 도움이 되는 동작 센싱 스마트 스포츠웨어를 개발하기 위한 기초 연구로서, 조정 동작 시 관절의 움직임을 측정할 수 있는 동작 센서를 부착하기 위한 인체상의 최적 위치를 탐색하는 것을 목적으로 한다. 본 연구에서는 일관된 동작을 반복적으로 수행할때 관절의 변화가 큰 조정을 대상 스포츠로 선정하였으며, 조정 선수의 대표 체급인 중량급과 경량급의 피험자를 선정하여 동작에 따른 피부의 변화율을 측정하여 체급별 차이를 분석하였다. 먼저, 3차원 모션캡처 시스템을 이용하여 조정 동작 시 등, 팔꿈치, 엉덩이, 무릎 부위의 피부 변화를 촬영하고, 각 마커 간 거리의 변화율을 분석함으로써 체급에 따른 차이를 보이지 않으면서 동작에 따라 피부의 변화가 큰 부분을 인체 상에 도시하였다. 이를 바탕으로 동작 센싱용 스마트 스포츠웨어를 위한 센서 부착의 가이드라인을 제시하였다. Lots of interdisciplinary studies for fusion of high technologes and the other areas of research had been tried in these days. In sports training area, high technologies like a vital sign sensor or an accelerometer were adopted as training tools to improve the performance of the sports players. The purpose of this study is finding the proper locations on the human body for attaching the motion sensors in order to develop a smart sportswear which could be helpful in training players. The rowing was selected as a subject sport as lots of movements of the joint on human body could be seen in rowing motions. The players of rowing could be devided into two weight divisions, the lightweight and the heavyweight. In this study, the change rates of distance between markers on human skin as the players moved were took on the back, the elbow, the hip and the knee area on human body by 3D motion capturing system. The distances between markers and the differences between the lightweight and heavyweight were analyzed. Finally, this study provided the guide lines for designing a motion sensing smart sportswear.

CNT 물질 기반 스트레쳐블 동작 센서 구현 방법 및 센싱 성능 평가

조현승,양진희,이주현 한국감성과학회 2017 춘계학술대회 Vol.2017 No.-

본 연구에서는 가본입자 용매 및 고분자 화합물을 혼합하여 전도성 슬러리 생성하고, 전도성 슬러리를 직물 기저층 내부 및 표면상에 코팅, 건조 경화 등의 일련의 과정을 거쳐 신축성 직물 동작 센서를 구현하였다. 이를 두 가지 유형으로 제작하여, 의복 착용 시 팔꿈치와 무름의 관절부, 그리고 팔꿈치와 무릎의 관절부로부터 4 cm 아래 지점에 각각 부착한 후 사지 동작 센싱용실험복을 제작하였다. 센싱 성능 평가를 위한 실험 변인은 직물 센서의 유형(장방형, 보트형)과 부착 위치(팔꿈치와 무릎의 관절부, 팔꿈치와 무릎의 관절부에서 4 cm 아래 부분)였으며, 이를 위해 만 6세 평균체형의 아동 3명을 선정하여 본 연구에서 개발된 동작 센싱용 실험복을 착의시킨 후 팔과 다리의 굽힘, 폄 동작을 반복하도록 하였고(60°, 90°각도로 10회 동작, 3회 반복 측정) 직물 센서의 신장과 수축에 따른 저항변화를 측정하였다. 아동의 팔과 다리의 굽힘과 폄 동작에 따른 저항 변화를 측정한 결과 전반적으로 균일하고 안정적인 전압값을 보임으로써 본 연구를 통해 개발된 Carbon nanotube(CNT)기반의 직물 센서로부터 인체의 사지 동작을 효과적으로 센싱할 수 있음을 규명하였다. 특히 팔 동작의 경우에는 장방형 센서에 비해 보트형 센서가 팔꿈치 관절 부위에 위치했을 때 신호의 크기가 더 크게 나타났고, 다리 동작의 경우에는 센서의 부착 위치에 상관없이 보트형센서가 더 좋은 품질의 신호값을 보였다.

직물 센서의 모양과 부착 위치가 사지 동작 센싱 의류의 센싱 성능에 미치는 영향

조현승,양진희,전동진,이주현,Cho, Hyun-Seung,Yang, Jin-Hee,Jeon, Dong-Jin,Lee, Joo-Hyeon 한국감성과학회 2017 감성과학 Vol.20 No.3

본 연구에서는 E-textile 기반 신축성 센서의 모양과 부착 위치가 동작 센싱 성능에 미치는 영향을 분석하고, 이를 통해 인체 동작 센싱에 가장 적합한 의복 구조 요건을 규명하고자 하였다. 실험 대상 아동에게 센서의 모양과 부착 위치에 따라 조작된 실험복을 착의시킨 후 60 deg/sec의 속도로, $60^{\circ}$, $90^{\circ}$, $120^{\circ}$의 동작 각도별로 팔과 다리의 굽힘, 폄 동작 의한 직물 센서의 신장과 수축에 따른 전압의 변화량을 측정하였으며, 가속도 센서를 함께 부착하여 동작의 일치도를 검증하였다. 또한 아동의 모형 팔과 다리를 제작하여 이를 대상으로 동일한 실험을 수행함으로써 인체의 팔, 다리의 동작 실험 결과와 비교하였다. 분석 결과 센서의 모양에서는 모형 대상 실험과 아동 대상 실험 모두에서 보트형의 센서 보다 장방형의 센서가 더 균일하고 안정적인 경향을 보여 재현성과 신뢰성이 높은 것으로 나타났다. 센서의 부착 위치는 모형 대상 실험에서는 팔꿈치와 무릎의 관절부로부터 4 cm 아래 지점에 부착된 경우, 아동 대상 실험에서는 팔꿈치와 무릎의 관절부에 위치했을 때 재현성과 신뢰성이 더 높았다. 본 연구에서는 아동의 사지 동작 측정에 적합한 센서를 개발하고 동작 센싱에 적합한 센서의 모양과 부착 위치의 조건을 분석하였으며, 의복에 통합된 유연한 직물 센서를 활용하여 인체 부위별 동작 센싱이 가능하다는 것을 규명하였다. The purpose of this study was to analyze the effect of the shape and attached position of E-textile-based stretchable sensors on motion-sensing performance and to investigate the requirements for the optimal structure of clothes for sensing limb motions. An experimental garment was prepared with different sensor shapes, and attachment positions. A child subject, wearing the experimental garment, performed arm and leg bending and extension motions at $60^{\circ}$, $90^{\circ}$ and $120^{\circ}$ motion angles, at a rate of 60 deg/sec. The changes in voltage triggered by the stretching and contracting of the fabric-sensor were measured, and an acceleration sensor was utilized to verify that the experimental motions were correctly performed. Dummy arms and legs of a child were manufactured to perform an identical test, in order to compare the dummy results with the actual human body experiment results. The analysis showed that the reproducibility and reliability of the rectangular sensor, showing uniform and stable were higher than those of the boat-shaped sensor, in both the dummy and the human body experiments. The attachment position of the sensor was more reproducible and reliable when placed on 4 cm below the elbow and knee joints in the dummy test, when placed in the joints of the elbow and knee, in children experiment. The appropriate shapes and attached positions of the sensor for sensing the motions were analyzed, and the results proved that motion-sensing of the human body is possible by utilizing flexible fabric-sensors integrated into clothes.

동작 모니터링을 위한 웨어러블 센싱 및 피드백 제품 디자인 개발

조현승 ( Hyun-seung Cho ),양진희 ( Jin-hee Yang ),이강휘 ( Kang-hwi Lee ),이정환 ( Jeong-hwan Lee ),박서연 ( Su-youn Park ),최형익 ( Hyeong-ik Choi ),전학수 ( Hak-su Jeon ),이주현 ( Joo-hyeon Lee ) 한국감성과학회 2018 감성과학 Vol.21 No.3

본 연구는 시·청각 피드백을 통해 아동의 운동 효과를 증진시킬 수 있는 의류형 웨어러블 동작 센싱 및 피드백 시스템을 개발하는 것을 목적으로 한다. 본 연구에서는 직물 센서 제조 및 이를 적용한 스포츠웨어 디자인, 직물 기반 동작 센싱 모듈 설계, 아동의 운동 흥미 유발을 위한 시·청각 피드백 시스템 개발 등의 일련의 연구를 수행하였다. SWCNT 기반의 동작 센싱용 신축성 직물 센서를 개발하고, 이를 의복의 사지 관절 부위에 부착한 스포츠웨어를 디자인하였으며, 센싱 모듈을 설계하여 아동을 대상으로 한 관절 동작 실험을 통해 센싱 성능을 검증하였다. 또한 악세서리 형태로 개발된 피드백 제품을 통해 본 연구에서 개발된 스포츠웨어를 착용한 아동의 동작에 따라 빛과 소리로 반응하도록 구현하였다. 본 연구의 결과로, 아동의 운동 흥미를 유발할 수 있는 아동용 스포츠웨어 및 악세서리 제품의 디자인 프로토타입을 제안하였다. The objective of this study was to develop clothing-type wearable motion sensing and feedback systems to enhance children’s sports by promoting visual and audio feedback. In this study, several applications, such as fabric sensors, sportswear integrated with various types of fabric sensors, and fabric-based motion sensing module design, as well as a visual and audio feedback system for gaining a better understanding of a child’s interest in a type of exercise, were developed. An SWCNT-based stretchable fabric sensor was developed for motion sensing, and sportswear was designed using the fabric sensor that was integrated into the limbs of the garment. The sensing module was developed, and sensory performance was evaluated through a joint motion experiment for children. In addition, using the feedback system that was developed in the form of an accessory, the responses of light and sound were also examined based on the movement of the child who was wearing the sportswear prototypes. This study focused on the development and assessment of prototype designs for children's sportswear and accessory products that can help to ascertain a child’s interest in a particular exercise.

생체신호 측정을 위한 기능성 의류의 디자인 연구 -심전도 센싱 의류를 중심으로-

조하경 ( Ha Kyung Cho ),송하영 ( Ha Young Song ),조현승 ( Hyeon Seong Cho ),구수민 ( Su Min Goo ),이주현 ( Joo Hyeon Lee ) 한국감성과학회 2010 감성과학 Vol.13 No.3

최근 생체 신호 측정을 위한 기능성 의류는 동작 잡음에 의한 노이즈를 최대한 줄여 정확한 생체 신호를 측정 가능케 하는 것의 중요성에 대한 논의가 이루어지고 있다. 이에 본 연구는 영향 요인별 고려 사항을 반영하여 3-리드(lead)방식의 은사 자수의 직물 전극을 개발하고, `일자형 절개 타입`, `십자형절개 타입`, `엑스형 절개 타입`, `곡선 엑스형 절개 타입`의 총 네 가지 타입의 생체신호 센싱 스마트 의류의 시안을 설계하고 제작하였다. 디자인 시안은 민소매형태의 남성용 티셔츠로 신축성 있는 소재를 사용하여 인체 굴곡을 따라 의복과 전극이 밀착될 수 있도록 하였으며, 트랜스미터를 이용하여 메인 컴퓨터로 데이터가 무선 전송되게 하였다. 각 재모듈화형 의류 타입별 인체 동작에 의한 영향과 정지 및 동작 상태에서의 심전도 센싱 성능을 평가하기 위해 동작에 따른 전극의 변위를 측정하고, 심전도 측정 평가를 실시하여 SNR을 분석하였다. 본 실험 결과를 반영하여 의류 디자인 시안의 수정 및 보완 과정을 거친 후, 최종적으로 `연속-부착형`, `삽입-분리형`의 두 가지 타입의 생체신호 센싱 스마트의류 디자인 모형의 모듈화 방안을 제시하였다. Recently, Study of functional clothing for Vital sensing is focused on reducing artifact by human motions, in order to enhance the electrocardiogram(ECG) sensing accuracy. In this study, considering the factors for each element found from the analysis, a 3-lead electrode inside textile embroidered with silver yarn was developed, and draft designs off our types of vital-signal sensing garments, which are `chest-belt typed` garment, `cross-typed` garment `x-typed` garment and `curved x-typed` garment, were prepared. The draft designs were implemented on a sleeveless male shirt made of an elastic material so that the garment and the electrodes can remain closely attached along the contour of the human body, and the acquired data was sent to the main computer over a wireless network. In order to evaluate the effects caused by body movements and the ECG-sensing capability for each type in static and dynamic states, displacements were measured from one and two dimensional perspectives. ECG measurement evaluation was also performed for Signal-to-noise ratio(SNR) analysis. Applying the experimental results, the draft garment designs were modified and complemented to produce two types of modular approaches `continuous-attached` and `insertion-detached` for the ECG-sensing smart clothing.

동작센싱 스마트레깅스 프로토타입 개발

황진희,지승현,김선희 한국의류산업학회 2022 한국의류산업학회지 Vol.24 No.6

This study focusses on the development of a motion-sensing smart leggings prototype with the help of a modulethat monitors motion using a fiber-type stretch sensor. Additionally, it acquires data on Electrocardiogram (ECG), respiration,and body temperature signals, for the development of smart clothing used in online exercise coaching and customized healthcaresystems. The research process was conducted in the following order: 1) Fabrication of a fiber-type elastic strain sensorfor motion monitoring, 2) Positioning and attaching the sensor, 3) Pattern development and three-dimensional (3D) design,4) Prototyping 5) Wearability test, and 6) Expert evaluation. The 3D design method was used to develop an aesthetic design,and for sensing accurate signal acquisition functions, wearability tests, and expert evaluation. As a result, first, the selectionor manufacturing of an appropriate sensor for the function is of utmost importance. Second, the selection and attachmentmethod of a location that can maximize the function of the sensor without interfering with any activity should be studied. Third, the signal line selection and connection method should be considered, and fourth, the aesthetic design should bereflected along with functional verification. In addition, the selection of an appropriate material is important, and tests forwashability and durability must be made. This study presented a manufacturing method to improve the functionality anddesign of smart clothing, through the process of developing a prototype of motion-sensing smart leggings.

애벌런쉬 광검출기의 센싱동작 연구

여지환 대구대학교 2005 대구대학교 학술논문집 Vol.1 No.1

본 논문은 애벌런쉬 광검출기 RAPD와 APD의 축적모드에서 광신호 센싱동작에 관한 내용이다. 이는 최근 브레난 연구 결과인 광검출소자의 역방향 회복율는 RAPD에서 초기에 역방향 회복율은 급격히 감소하다가 서서히 감소한다. 그러나 APD에서 역방향 회복율은 전체적으로 서서히 감소함을 나타낸 것이다. 이 현상을 해석한 것으로 본 논문에서 이것은 드리프트 영역이 급속히 캐리어를 증배영역으로 이동시킴으로 전하들이 축적되므로 나타나는 현상으로 해석하고 또한 APD에서는 캐리어들이 천천히 이동하여 축적되므로 나타나는 현상으로 해석했다. 따라서 이를 종합하면 미약한 광신호의 센싱한계를 예측할수있으리라 생각된다. This paper has described to operation of RAPD and APD. This paper have been analyzed newly the Brennan result. The Brennan result shows the reverse recovery of RAPD and APD. At beginning, the reverse recovery rate of RAPD drops in rapidly and slowly decreased. But the reverse recovery rate of APD decreased very slowly. Because in the RAPD, this drift region allows the carriers to move rapidly to multiplication region and charge are stored. But in the APD, the carriers move slowly and charge is stored slowly. As the result we will predict the boundary of the weak light signal

직물 센서를 적용한 운동량 모니터링 아동복 개발

조현승,양진희,정찬웅,이주현 한국감성과학회 2016 추계학술대회 Vol.2016 No.-