기능적 전기 자극을 활용한 사용자 의도 기반의 기립 착석 동작 보조 시스템의 개발

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 편마비 환자의 기립, 착석 동작을 보조하기 위하여 사용자 의도 파악 기반의 기능적 전기 자극 제어시스템이 개발되었다. 뇌졸중을 겪은 환자의 대부분에게 편마비가 발생하고 이로 인하여 신체기능의 장애가 생기는데, 그 중 일상 생활의 수행에 필요한 가장 기본적인 동작 중 하나인 기립, 착석의 장애는 해결되어야 하는 큰 난제이다. 기능적 전기 자극은 근육에 전기자극을 가하여 근수축을 유발하고 이를 통해 움직임을 얻어내기 위하여 사용되는데, 본 시스템에서는 이를 기립, 착석 동작의 보조를 위하여 사용하였다. 기능적 전기 자극이 가해지는 하지 근육으로는 기립, 착석 동작에서 주요하게 작용하는 네 가지 근육(앞정강근, 가자미근, 대퇴직근, 외측광근)이 선정되었으며, 기능적 전기 자극 제어신호는 정상인의 근전도신호를 기반으로 생성되었다. 시스템은 기립 착석 동작에서 발생하는 여러 신호를 기반으로 사용자의 의도를 파악하여 기능적 전기 자극 신호를 제어한다. 먼저 건강한 사람의 기립 착석 동작 시의 데이터 획득을 위하여 실험이 진행되었고, 근전도 신호, 압력센서, 각도센서, 관성측정 센서 데이터가 추출되었으며, 이를 입력값으로 기계학습 모델이 학습되었다. 시스템은 실시간으로 측정되는 위 데이터들을 기반으로 사용자의 상태를 기립, 착석, 정지의 세 가지로 구분하고, 기립과 착석 동작이 감지되면 하지 근육에 기능적 전기 자극 제어신호를 보내 동작을 보조하도록 한다.