Field-free magnetization switching and induced exchange bias by spin torque in Co0.7-Ni0.3-O-Pt phase alloy single layer

Tae-Hwan Kim 대구경북과학기술원 대학원 2021 국내석사

The spin Hall effect has been attracting worldwide attention as one of the methods for controlling the magnetic spin structure. However, it has the limitations in layered structure and requirement of high current density, Jc ~ 10^10A/m2. In this thesis, the Co0.7-Ni0.3-O-Pt phase alloy single layer having a structure in which each phase is randomly distributed in several nanometer sizes like the alloy was reported. Unlike general layered thin film system, this structure has a unique interfacial structure as Co, Ni, O and Pt phases are randomly distributed in a single layer. When a current is applied to this thin film, the spin Hall effect generated by the current flowing through the Pt phases applies spin torque to other phases at the interface, and this result was observed through the change of the exchange bias. To find out the cause of the occurrence, the same structure was fabricated using Au instead of Pt and Fe instead of Co and Ni, and the same experiment was performed. As a result, it was found that the spin structure of the antiferromagnetic material was controlled by the spin Hall effect. In addition, the magnitude of the induced exchange bias was proportional to the current density and degree of oxidation of the film and exhibited stable reversibility and repeatability within the measured current density range. Using this, field-free magnetization switching was also performed and all of the results were achieved at a current density of Jc ~10^10A/m2, which is one order lower than the previously reported value. Therefore, the results of this thesis overcome the limitations of the spin torque and the layered thin film system through phase alloy single layer structure, which suggests the possibility of improving the performance of a device designed based on the control of the spin structure.

Modeling and Precise Stop Control Simulator Design of Metropolitan Trains with Feedforward and PI control

유부연 대구경북과학기술원 2015 국내석사

Precise position stop control of metropolitan train make the trains stop at appointed position of each station. It plays crucial role for train systems. It can improve the safety and punctuality of the metro trains. And it also can prevent interference between platform screen doors and trains’ doors. In order to improve stop control performance, many factors have to be considered. The factors of position stop control are formation of train units, brake type that each vehicle have, nonlinear characteristic of brake, velocity profile shape that trains are followed, error of passengers’ mass sensing sensors, and etc. This study fulfill making train model which is considered the factors and designing controller with simulator. In this study, two types of train formation model are considered. One is all vehicles of train have traction motor with two kind of brake, the other is half of vehicles have traction motor with two kinds of brakes and the other half of vehicles have one kind of brake without traction motor. And controller employ feedforward control and PI control. Control reference of train that is called velocity profile is predefined for each platform before the train move. It is same that we know every control reference on the future. In this case, feedforward control is suitable for the control strategy. In simulation, this study deal with three kinds of model parameters: error of passengers’ mass sensing sensors, brake time delay, and initial velocity at the stop sequence. In order to take performance assessment, this study consider three indicators: distance stop error, ride comfort, and stop time. Results show that all model meet the error specification for the stop accuracy even though train have model parameter error. And it show that the model that has traction motors in all vehicles represents superior performance. 도시철도의 정위치 정차 제어는 열차가 각 플랫폼의 정해진 위치에 정확히 정차 하도록 하는 기술로 열차의 안전성과 정시성을 향상시키고 플랫폼에 설치된 스크린 도어와의 간섭을 최소화 하는 역할을 한다. 정위치 정차에 영향을 미치는 요소는 열차의 편성, 각 열차에 사용된 브레이크의 종류, 브레이크의 비선형 특성, 속도 프로파일, 각종 센서들의 오차 등이 있다. 본 논문에서는 2가지 종류의 6량 열차 편성과 브레이크의 비선형 특성을 반영하여 열차를 모델링 하였다. 제어기 디자인에서는 제어기의 레스펀스 입력인 속도 프로파일을 사전에 알고 있는 특징과 브레이크의 시간 지연 특징을 고려하여 Feedforward 와 PI control을 이용한 제어기를 디자인 하였다. 또한 승객의 무게를 측정하는 응하중 센서의 오차, 브레이크의 시간지연의 정도, 정지 동작을 시작 할 때의 진입 속도, 이 3가지 모델 파라미터를 변경하며 제어기나 각각의 열차 편성 성능을 분석 할 수 있는 시뮬레이터를 디자인 하여 적용하였다. 이 시뮬레이터를 통해 디자인한 제어기와 열차 편성 변화에 따른 정차 위치 오차, 승차감, 정차 시간을 확인하고 성능 해석을 하였다. 시뮬레이션 결과 열차의 정차 오차는 모델 파라미터에 오차가 있어도 수용할 만한 성능을 보였다. 이를 통해 도시철도의 정차 제어 성능 향상과 실제 시스템에 적용하기 위한 실차 실험의 기간 단축과 비용 절감을 기대 한다.

Reducing Tail Latency of DNN-based Recommender System using In-Storage Processing

Kim, Min Sub 대구경북과학기술원 정보통신융합전공 2020 국내석사

대부분의 추천 시스템은 서비스 수준 협약서를 만족시켜야 한다. 추천 시스템에서 유저로부터 받은 요구에 빠르게 응답해주는 것은 서비스의 질을 결정하는 가장 중요한 요소이기 때문이다. 하지만 기존의 인공신경망 기반의 추천 시스템은 심각한 꼬리 응답시간을 가진다. 이는 인공신경망을 구성하는 임베딩 테이블의 큰 사이즈 때문이다. 임베딩 테이블이 모두 메모리에 로드되지 않을 경우 유저의 응답이 왔을 때 디스크로부터 메모리로 읽어오는데, 이때 지나치는 수많은 소프트웨어 및 하드웨어는 꼬리 응답시간의 주된 원인이 된다. 본 논문에서 우리는 새로운 EMB-SSD라고 불리는 새로운 SSD의 구조를 제안한다. EMB-SSD는 인스토리지프로세싱 기법을 이용하여 추천시스템에서 발생하는 꼬리 응답시간을 제거한다. 추천 시스템에서 발생하는 데이터 위주의 연산을 SSD에서 수행함으로써, EMB-SSD는 호스트 서버와 SSD 사이의 데이터 트래픽을 줄인다. 그뿐만 아니라 깊은 I/O 스택으로 인해 발생하는 소프트웨어 오버헤드를 제거한다. 실제 환경에서 사용되는 데이터셋을 이용한 실험에서 우리는 EMB-SSD가 기존 기법대비 99% 응답시간과 평균 응답시간에서 각각 47%, 25% 빠른 성능을 가지는 것을 보인다. Most recommender systems are designed to comply with service level agreement (SLA) because a prompt response to users’ requests is the most important factor that decides the quality of services. Existing recommender systems, however, seriously suffer from long tail latency when embedding tables cannot be entirely loaded in the main memory. In this paper, we propose a new SSD architecture, called EMB-SSD, which mitigates the tail latency problem of recommender systems by leveraging in-storage processing. By offloading data-intensive part of a recommendation algorithm into an SSD, EMB-SSD not only reduces lots of data traffic between the host and an SSD, but lowers software overheads caused by deep I/O stacks. Our experimental results show that, EMB-SSD exhibits 47% and 25% shorter latency respectively at 99% latency and average than existing systems.

Vulnerability analysis of the Mavlink protocol for Unmanned Aerial Vehicles

Young-Min Kwon 대구경북과학기술원 대학원 2018 국내석사

Recently, interest in the Unmanned Aerial Vehicle (UAV) has increased, and unmanned aircraft are utilized in various fields. Especially UAVs are used for rescue systems, disaster detection, and military purposes, as well as for leisure and commercial purposes. However, since UAVs are increasingly used not only for positive purposes but also for negative ones, it is necessary to detect and neutralize malicious drones. In this paper, we proposed a method of controlling UAVs and analyzed its operation structure, the MAVLink protocol which is a communication protocol of UAVs. We also experimented with ICMP flooding and packet injection attacks which disables UAVs by exploiting the vulnerability of the MAVLink protocol. Especially, we exploited the vulnerability of the MAVLink waypoint protocol to perform an experiment to disable a UAV executing a mission. As a result of the experiment, we confirmed that the attacked UAV was stopped and the mission disabled. 최근 무인기에 대한 관심이 증가하며 무인기를 다양한 분야에서 활용하고 있다. 특히 인명 구조 시스템, 재난 감지, 군사적 목적뿐만 아니라 레저, 상업적인 목적으로 까지 사용되고 있다. 하지만 무인기를 긍정적인 용도로만 쓰이지 않고, 악용하는 경우도 증가하고 있으므로 악의적인 무인기를 탐지하여 무력화시켜야 할 필요가 있다. 본 논문에서는 무인기를 제어하는 방법과 동작 구조, 무인기의 통신 프로토콜인 MAVLink 프로토콜을 분석하고 MAVLink 프로토콜의 취약점을 이용하여 무인기를 무력화하는 패킷 injection 공격을 실험하였다. 특히 MAVLink waypoint 프로토콜의 취약점을 이용하여 mission을 수행중인 무인기를 무력화하는 실험을 수행하였다. 실험 결과, 임무를 수행중인 무인기가 임무를 중단하여 가만히 호버링 하며 무력화 된 것을 확인하였고, 동일한 시나리오를 시뮬레이터를 통해 확인하였다.

Exploitation of Advanced Jamming for Attacks and Protection of Wireless Networks

Jongyeop Kim 대구경북과학기술원 2019 국내박사

Due to the rapid development of mobile communication technologies and the advent of next-generation communication environments (e.g., M2M, IoT, and V2X etc.), the number of smart nodes using wireless channels is increasing explosively. However, because of the broadcast properties of the wireless medium, smart nodes using wireless channels have coexistence, security problems, and vulnerability from malicious attacks. Therefore, a new solution is required that can control the sharing characteristics of the channels in order to fundamentally solve these problems caused by the use of wireless channels. This thesis adopts a friendly jamming strategy as a way to intentionally determine the occupation of wireless channels and suggests novel jamming solutions that address coexistence and security issues. Moreover, we analyze jamming vulnerabilities in modern communication systems and propose an effective jamming technique and countermeasure. In this thesis, we propose various jamming strategies from three perspectives: (1) coexistence (2) security (3) and attack. We also conduct theoretical and analytical methods for performance verification and several reasonable experiments. First, we design a new coexistence solution consisting of a narrowband jammer and a full-duplex-based cancellation system to solve the coexistence problem. The proposed solution can intentionally reserve channels even under severe Wi-Fi interference traffic and provide stable data transmission for the ZigBee networks. We verify the coexistence possibility be-tween Wi-Fi and ZigBee networks by distributing the appropriate channel utilization to each node through a testbed and simulation. Our experimental evaluation shows that the packet delivery ratio of the ZigBee network can be improved up to nearly 100% under the saturated Wi-Fi traffic by using GBT, which is scalable for the case of multi-node as well. Second, we propose solutions based on friendly jamming to achieve communication secrecy during passive or smart eavesdropping attack on MIMO wiretap channels. To solve the problem of the passive eavesdropping attack, the legitimate transmitter transmits cancelable jamming signals at the receiver. We derive the optimal power allocation strategy and the required cancellation capability to enhance secrecy performance. Numerical results verify the tradeoff between the jamming power ratio and cancellation capability. Moreover, in order to solve the problem of the smart eavesdropping attack, we propose a cooperative jamming solution between transceivers that can control the jamming signal power to achieve optimal secrecy performance. In particular, for practical applications, our proposed solution considers residual self-interference from the full-duplex receiver and the limited cancellation capability of the smart eavesdropper. We derive the secrecy outage probability (SOP) and show numerical results and secrecy regions for evaluation. Finally, we analyze the vulnerabilities of the coded OFDM systems used widely in modern communications and propose a power effective jamming strategy to interrupt the communications. The proposed jamming is designed with a combination of a patterned attack and off-tone, disrupting the decoding process of the coded OFDM system. For practical performance evaluation, we conduct a real testbed based on IEEE 802.11 considering interleaving and convolutional coding and verified jamming performance in the low-frequency chamber. Moreover, as a countermeasure against advanced jamming attacks, we also propose a jam-ming detection algorithm which is verified in various jamming-environments. 최근 모바일 통신기술의 발달과 차세대 통신환경(e.g., M2M, IoT etc.)의 도래로 인해 무선 채널을 사용하는 노드들의 수가 폭발적으로 증가하고 있습니다. 하지만, 무선채널을 사용하는 스마트노드들은 무선 채널에 내재하는 공유특성(broadcast nature)으로 인하여, 이기종 노드간의 공존문제와 도청으로 인한 보안문제 그리고 악의적인 노드들의 공격에 쉽게 노출되는 한계성을 가지고 있습니다. 그러므로, 무선채널의 사용으로 발생하는 문제들을 근본적으로 해결하기 위해선, 채널의 공유특성을 조절할 수 있는 솔루션이 요구됩니다. 본 학위논문은 무선채널의 사용을 의도적으로 조절하는 방법으로 friendly jamming 을 채택했으며, 공존과 보안문제 해결하는 novel jamming 솔루션들을 제안합니다. 게다가, 최신의 OFDM 통신 시스템의 재밍취약점도 함께 분석하여 효과적인 재밍기법의 제안과 예방법도 제시합니다. 본 논문은 크게 (1)공존 (2)보안 (3)공격의 3가지 관점에서 다양한 재밍의 활용전략을 제시하며, 성능검증을 위하여 이론적이고 분석적인 방법들과 실제 무선네트워크 환경에서의 몇가지 합리적인 RF 실험을 수행하였습니다. 먼저, 공존문제 해결을 위해서 우리는 협대역 재머와 full-duplex 기반의 canceller 시스템으로 구성된 새로운 공존 솔루션을 제시합니다. 제안하는 솔루션은 Wi-Fi의 심각한 간섭하에서도 채널을 강제적으로 예약 할 수 있으며 ZigBee 네트워크에 안정적인 data rate을 제공합니다. 두번째로, 수동적인 도청자와 스마트 도청자가 있는 환경에서 보안달성을 위한 friendly jamming 기반의 솔루션을 제안합니다. 수동적인 도청문제를 해결하기 위해서는 cancelable jamming signal 을 송신단에서 전송하며, 제한된 전력 예산에서 최적의 전력 배분 전략을 설계합니다. 이는 실용적인 시스템 및 시나리오에서 실현 될 수 있습니다. 또한, 스마트 도청 문제를 해결하기 위해서, 송신단 기반의 재머와 수신단 기반의 friendly jammer가 서로 협력하여 보안통신율을 최대화 하는 협력 재밍기법을 제안합니다. 마지막으로, 최신 통신시스템인 coded OFDM system의 취약점을 분석하고, 이를 바탕으로 효과적인 재밍 공격방법을 제안하고 방어전략으로써 jamming detection을 제안합니다. 제안하는 재밍기법은 오프 톤 공격패턴을 사용하여 컨벌루션 코딩을 사용하는 OFDM 시스템의 디코딩 프로세스를 효과적으로 방해합니다. 또한, 다양한 재밍기법들을 감지하는 general jamming detection 알고리즘을 제안하고 평가하였으며, 적용가능한 어플리케이션도 제안하였습니다. 본 연구는 그동안 공격기술로만 인지되던 재밍기법을 네트워크간의 공존과 보안 그리고 재밍취약점 분석을 위한 도구로 사용한 선행 연구로, 다양한 시뮬레이션과 프로토타입의 실험을 통하여 friendly jamming기법의 적용 및 실현 가능성을 보여줍니다.

Coiled coil structure-mediated interactions between polyQ proteins and Foxo contribute to polyQ-induced defects in Drosophila

Kwon, Min Jee 대구경북과학기술원 2019 국내박사

Neurodegenerative diseases are characterized by accumulation of misfolded proteins that have a strong tendency to form insoluble oligomers and aggregates inside and/or outside of the afflicted neurons. Such accumulation is known to confer protein toxicity that causes various neuropathic features such as dendrite defects in the neurodegenerative diseases. Although extensive studies have speculated that disease-responsible proteins are deeply associated with perturbation of proper neuronal morphology and functions, the detailed mechanism of how these toxic proteins resulting in these deleterious outcomes of neuronal defects is still yet to be elucidated. Polyglutamine (polyQ) diseases are inherent, autosomal dominant neurodegenerative diseases that are caused by the expansion of the CAG (encoding glutamine) repeats within the coding sequence of the disease genes. Recently, the importance of coiled coil structures in polyQ regions of such proteins in formation of insoluble aggregates and ultimate event of cell death is highlighted. However, it remains elusive how the structural properties of polyQ proteins translate into protein toxicity. In order to functionally characterize coiled coil structures in the expanded polyQ regions, transgenic fly lines expressing the following three structural variants of spinocerebellar ataxia type-3 (SCA3; also known as Machado-Joseph disease (MJD)) proteins were generated: 1) MJDtr-76Q having both α-helical coiled coil and β-sheet hairpin structures, 2) MJDtr-70Q_cc0 having only α-helical coiled coil structures and lacking β-sheet motifs, and 3) MJDtr-70Q_pQp with no secondary structure. Here, I demonstrate that coiled coil structures in the expanded polyQ regions of MJD proteins facilitate nuclear localization of polyQ proteins and contribute to dendrite defects in Drosophila neurons, as well as behavioral abnormalities. Furthermore, in this study, the transcriptional factor Foxo is identified as a novel target of MJD polyQ proteins. Moreover, I reveal that interactions of Foxo and polyQ proteins are mediated by coiled coil domains of these two proteins, resulting in functional impairment of Foxo that contributes to dendrite and behavioral defects. This study expands the current understanding of polyQ-induced neuronal pathology via the coiled coil-mediated interactions and may have important implications in therapeutic strategies for polyQ protein-related diseases.

Performance Analysis for Full-Duplex Random Access in Distributed Networks

염동우 대구경북과학기술원 2015 국내석사

In this paper, we investigate the performance analysis of full-duplex random access in distributed networks. Recently, full-duplex communication is focused on the 5G cellular and wireless networks. Full-duplex communication is able to efficiently use the bandwidth by transmitting a signal simultaneously on the same frequency band. The technical progress on the analog and digital interference cancellation makes full-duplex communication feasible in wireless networks and it can be increased in system throughput compared to the existing half-duplex system. Especially, we considered the proximity environment using the full-duplex communication such as the device-to-device communication. We can analyze the performance gain for full-duplex random access in the aspect of MAC protocol. In addition, we considered the stochastic approach for the large scale system to obtain the practical calculation. Simulation results of the ON/OFF system model show that the full-duplex random access in distributed network can improve the system throughput by up to 10 % performance gain. In addition, the results of stochastic model represented about 3-times performance improvement in the general case. We can anticipate the enhanced system performance in random access process by using the full-duplex communication in a proximity distributed system. 5G 이동통신의 기술발전에 따라 고속의 데이터통신이 요구되고 대역폭을 효율적으로 사용하기 위한 기술들이 연구되고 있다. 전이중 통신방식은 같은 자원을 이용해서 동시에 송수신이 가능하도록 하는 기술이며 기존의 반이중 통신방식에 비해서 대역폭 효율을 증가시킬 수 있기 때문에 차세대 통신기술로 각광받는 기술이다. 하지만, 전이중 통신 방식은 자기간섭신호에 대한 상쇄기술이 필요하고 많은 단말들이 존재할 경우 새로운 간섭시나리오가 발생하게 된다. 본 논문에서는 전이중 통신방식에 대한 간섭시나리오를 가정하여 반이중 통신에 대한 Random access에서의 성능차이를 시뮬레이션을 통하여 보여주었다. 전이중 통신 방식에서는 양방향의 데이터 전송 이외에 중계기 역할의 전송형태가 나타날 수 있고 각각의 전송형태에 대한 확률을 이용하여 처리량을 계산했고 ON/OFF 시스템 모델로 나타내어 분석하였다. 또한, Stochastic 접근법을 이용하여 실제 환경과 비슷한 대규모 분산 네트워크 시스템에서의 성능을 분석하였고, 일반적인 모델을 가정하였을 때 전이중 통신방식은 반이중 통신방식에 비해 약 3배 정도의 성능이득이 나타나는 것을 확인하였다.

Flavonoids have modulatory effects on neuroinflammation in microglia

조효진 대구경북과학기술원 2015 국내석사

Microglia are the resident macrophages in the central nervous system. Under normal conditions, microglia cells contribute to brain development and maintenance of tissue homeostasis. However, chronic microglial activation can cause tissue damage and eventually lead to neurodegenerative diseases and neuronal death. In terms of phenotype,activated microglia can be divided into two different types: M1 state and M2 state. The first is classical activation, M1 state, which is typified by the production of inflammatory cytokines and reactive oxygen species (ROS). In contrast with pro-inflammatory M1 cells, alternative activation, M2 state has an anti-inflammatory phenotype promoting wound repair and debris clearance.Recently, the effects of flavonoids on a variety of inflammatory processes and immune functions have been reported. Flavonoids, which are plant pigments, are anti-oxidants that possess anti-inflammatory properties and may modulate signaling pathways. This study aims to investigate the anti-inflammatory effect of flavonoids and their role on the NF-kB pathway in BV2 microglial cells. Flavonoids treatment suppress production of pro-inflammatory cytokines such as tumor necrosis factor-alpha (TNF-α), nitric oxide (NO) and interleukin-6 (IL-6) in lipopolysaccharide (LPS)-stimulated BV2 cells. Flavonoids treatment also attenuated activation of nuclear factor-kappaB (NF-κB) transcriptional activity. Furthermore,flavonoids suppress mRNA expressions related with pro-inflammatory M1 state. These observations suggest that flavonoids may contribute as an anti-inflammatory agent and provide evidence about its role in the prevention of neurodegenerative diseases associated with inflammation. 미세아교세포 (microglia)는 뇌와 척수를 포함하는 중추신경계(Central Nervous System; CNS)에서 주요하게 면역 기능을 수행하는 세포이다. 일반적인 상태에서 신경염증은 항상성을 유지하고 조직을 보호하는 기능을 한다. 하지만 오랜 시간 동안 외부에서 또는 내부의 자극이나 스트레스를 받게 되면 미세아교세포를 과도하게 활성화시켜 신경독성을 가진 물질을 배출하거나 조직에 손상을 주게 된다. 나아가 퇴행성 뇌질환을 유발하게 된다. 따라서 신경염증을 조절하는 메커니즘에 대한 연구는 퇴행성 뇌질환의 치료제 개발에 기여할 수 있다. Flavonoid 는 식물의 색소로 알려져 있으며 최근 염증을 억제하는 기능을 가진다는 연구가 있다. 이 연구에서는 flavonoids 가 미세아교세포 BV2 세포에서 뇌신경염증을 억제하는 기능을 하는지 알아보고자 하였다. Flavonoid 를 lipopolysaccharide (LPS) 처리한 BV2 세포에 전처리 하였을 때 대표적인 신경염증 사이토카인 (cytokine)인 TNF-α 와 NO, IL-6 가 현저히 억제되는 효과를 관찰하였다.또한, MAP kinase 단백질과 NF-ĸB 의 활성화 역시 억제되는 결과를 나타내었다.정량 중합효소 연쇄반응 (Quantitative PCR) 분석 결과 염증 효과를 가지는 M1 연관 유전자의 발현이 감소되는 것을 관찰하였다. 이 연구에서는 Flavonoid 가 뇌신경염증을 억제하는 메커니즘을 밝힘으로서 안전한 항염증 치료제를 비롯, 더 나아가 퇴행성 뇌질환의 치료제제로의 발전 가능성을 제시하고 있다.

Validation of Grip Force Measurement Using Hand Rehabilitation Robot for Impedance Control

박지혁 대구경북과학기술원 2015 국내석사

최근에 뇌졸중과 같은 신경학적 장애를 가진 사람들의 손 재활을 위한 손 재활로봇이 개발되었다. 메커니즘적인 면에서 볼 때, 이 로봇은 하나의 모터로 파지 운동(full grasping motion)을 할 수 있을 뿐 아니라, 손가락 고정부분을 길이 조절이 가능하게 설계하여 손 길이가 다양한 사람들이 사용할 수 있는 장점을 가졌다. 하지만 앞서 언급한 장점들에도 불구하고, 임피던스 제어를 위해서 필요한 힘/토크센서에서 측정되는 힘에 대한 검증이 이루어지지 않았다. 실제, 임피던스 컨트롤이 적용된 상태에서는 손 재활 운동 중에 손의 직접적인 힘을 알아내야 한다. 따라서, 개발된 손재활로봇에 임피던스 제어를 적용하기 위해서는 손 힘의 신뢰성을 검증할 필요가 있다. 본 논문은 새롭게 개발된 손 재활로봇의 정역학 분석을 통해 로봇 끝 단(end-point) 에 가해진 힘과 그로 인해 발생되는 토크 값의 관계를 규명하여 향후 임피던스 제어 구현을 목표로 한다. 이를 위해 먼저, 시뮬레이션 소프트웨어 ForceEffect™ 를 이용하여 로봇 끝 단에 가해진 힘과 그 때 발생되는 토크 간의 관계를 얻을 수 있었다. 분석 결과를 검증하기 위해 시뮬레이션 조건과 동일한 조건에서 실험을 실시하여 얻은 결과를 분석 결과값과 비교한 결과, 토크 값은 손 MP관절의 각도와 가하는 힘의 크기와 비례관계를 보임을 알 수 있었다. 그리고, 손 MP관절이 0도일 경우를 제외한 나머지 30도와 60도에서 분석 결과와 실험 결과 값이 높은 선형성을 보였다. 따라서, 이 선형 방정식을 통해서, 측정되는 토크 값으로부터 사람 손의 힘을 역으로 유추해 낼 수 있고, 손 재활로봇을 이용한 임피던스 제어 구현을 위한 기반을 확립하였다. Recently, a novel hand rehabilitation robot was developed in an authors’ laboratory for the rehabilitation of patients with neurological disorders such as strokes. In terms of mechanism this robot has features not only to provide full grasping motion by using one motor but also to have finger length adjustment for various people. Although the robot has aforementioned advantages, for impedance control, force information sensed from F/T sensor is not validated yet. Since it is required to figure out the direct force of hand during grasping and opening motion, the reliability of force information needs to be confirmed for applying impedance control to our hand robot. Using simulation tool, Autodesk ForceEffect™, force analysis of the hand robot is implemented. Under three different MCP angles such as 0°, 30°, and 60°, known force is applied at the end-point of the hand robot and torque at F/T sensor can be calculated considering gear ratio. Then, under same condition experiment is carried out. In this case, force is applied using digital dynamometer and torque is directly measured by F/T sensor. As a result, at all cases except for MCP angle 0°, analysis and experiment result have highly linear relation (R^2=0.9916,R^2=0.9917,at MCP angle 30° and 60°). By this relationship, fingertip force can be estimated approximately. Therefore, the foundation of impedance control is established and it leads to the expectation that the impedance control based hand robot will provide the therapy compliant to the patients more precisely, more comprehensively, and much safely.

Wireless Body Area Channel Measurement and Modeling : 무선 인체 영역 채널 측정 및 모델링

진찬호 대구경북과학기술원 2015 국내석사

이식 형 의료기기 또는 웨어러블 디바이스 같은 IEEE 802.15.6 표준에 기초한 무선 인체 영역 네트워크(WBAN)시스템에 대한 관심이 증가하고 있다. 스마트폰과 연동되는 손목 시계, 사용자의 운동 정보나 생활 정보를 기록할 수 있는 Activity tracker, 혈당, 혈압, 심박수 등의 생체 정보를 기록하는 U-healthcare 등이 사용되고 있다. 이러한 WBAN 시스템의 중요성이 높아지고 있는 가운데 채널 모델링은 WBAN 시스템을 설계 및 테스트하기 위해 필요하다. 웨어러블 디바이스의 경우 디바이스의 위치는 인체의 움직임에 따라서 변화되고 채널의 상태 또한 몸의 위치 또는 속도에 의해 변화한다. 정적인 상황을 고려하여 채널 모델의 경우, 사람의 신체의 자세 변화에 따른 시간 변화적인 채널을 모델링하기 적절하지 않다. 또한, 신체를 통한 채널 모델링의 경우 인체의 유전율 값에 따라서 전파의 속도, 채널 이득, 흡수가 기존의 공기와는 다르기 때문에 WBAN에 대한 통신 채널은 통신 기기가 몸에 이식된 상황 또한 고려되어야 한다. 본 논문에서는 신체의 움직임으로 인해 시간 변화적인 채널을 반영할 수 있는 실질적인 실험을 통한 채널 모델링을 구현하였다. 사람의 움직임에 따른 시간 변화적인 상황에 대한 멀티패스, 도플러, 쉐도잉과 같은 채널 특성을 인체와 비슷한 특성을 가지는 물에 대한 실험을 통하여 측정하였다. 실험 결과 멀티패스, 도플러, 쉐도잉에 대한 파라미터 값을 얻을 수 있었고 확률적인 모델이 아닌 Deterministic한 채널을 모델링을 진행하였다. 사람이 움직일 때의 가속도, 속도, 위치 정보를 스마트폰이나 구글글라스 같은 웨어러블 디바이스에서 얻을 수 있고 이런 정보들과 제안된 채널 모델을 사용하여 시간 변화적인 채널모델링이 가능해 진다. 이를 통해 제한적인 배터리를 갖는 웨어러블 디바이스에서 채널 특성 변화량에 따라서 무선채널을 효율적으로 공유할 수 있고, 어댑티브한 파워 컨트롤을 통하여 디바이스 노드의 파워 소모를 줄여 평균 배터리 수명을 연장시킬 수 있는 효과를 기대할 수 있다. Attention about the wireless body area networks (WBAN) system which based on IEEE802.15.6 for implantable medical device or wearable equipment has been increasing. While key devices, such as wearable device, medical device, demonstrate the potential for key technology of future. There are utilized in smart-watch to provide a variety of functions by interlocking smartphones, activity tracker to record user daily workouts or exercise information, u-healthcare to record biometric information such as blood glucose, blood pressure, heart rate, etc. Channel modeling is required in order to design and test the WBAN system. For the wearable devices, the positions of the device is changed according to the human movement. The state of the channel is changed by the position or velocity of the body. For the channel model considering the static situation, it is not appropriate to model the time varying channel according to the changes of human body posture. In addition, channel modeling through a body is quite difficult unlike that in the air since. It can be affected the channel characteristic such as propagation speed, channel gain, absorption depends on the permittivity values of the propagation medium. Therefore, communication channel should be considered the implantable cases. In this paper, our goal is to implement the channel modelling through practical experiment that can reflect time changes due to movement of the body. I analyzed the channel characteristics such as multipath, Doppler effect, Shadowing through practical experiment through time variation according to the human moves. I determined the human body channel according to the changes in the changes of posture or the implants in the human body.