| 출원번호 | 10-2020-0137134 |
| 출원일자 | 2020년10월21일 |
| 출원인 | 주식회사 테슬라바이오랩 |
| 등록번호(일자) | 10-2273380 (2021년06월30일) |
| 발명의 명칭 | 체성분 측정을 위한 웨어러블 섬유장치 및 체성분 측정 장치 |
기존의 체성분 측정을 위한 고정식 측정 장치는 외부로 노출된 금속성 전극을 이용하는데, 이러한 금속성 전극은 외부 오염에 취약하고 수분 접촉 등에 의한 부식 발생 시 오동작할 우려가 있고, 감전의 위험성이 존재하며, 다수의 사용에 따른 바이러스 전염경로가 될 수 있는 등의 물리적 및 심리적 부담감이 존재한다. 또한, 인종, 연령, 신장, 몸무게별로 도선 면적 변화에 따른 인체 모델의 저항이 변화함으로써 복잡한 연산이 수반되어야 한다.
도 1 스마트 웨어러블 섬유장치
테슬라 바이오랩에서는 본 발명을 통하여 웨어러블 섬유장치를 통해 체성분을 측정함으로써 기존의 핵심 문제인 오동작할 우려, 감전의 위험성, 다수의 사용에 따른 바이러스(예를 들어 코로나 19 바이러스) 전염경로가 될 수 있는 등의 물리적 및 심리적 부담감 등을 해결하고자 한다. 도 1은 본 실시예에 따른 체성분 측정 장치를 개략적으로 설명하기 위하여 도시한 개념도이다. 도 1을 참조하면, 체성분 측정 장치(1)는 웨어러블 섬유장치(100), 체성분 측정 수단(200), 피검자 단말기(300) 및 네트워크(400)를 포함한다. 웨어러블 섬유장치(100)는 체성분을 측정하기 위해 피검자가 착용하는 의복에 해당하며, 상의 부분(110)은 소매 부위에 형성되는 소매 전극(111, 112)과 허리 부위에 형성되는 허리 전극(113)이, 하의 부분(120)의 경우, 상의 부분(110)과 연동하여 채널을 형성할 수 있도록 발목 부위에 형성되는 발목 전극(121, 122)이 존재한다. 이러한 웨어러블 섬유장치(100)는 자기 유도 현상이 발생하도록 루프 구조를 형성한다.
체성분 측정 수단(200)은 웨어러블 섬유장치(100)와 전기적으로 연결되고, 섬유기반 전극(111,112,113,121,122) 중 체성분 측정 시에 전류가 흐르는 양끝 단의 섬유기반 전극을 하나의 채널로 하는 복수의 채널을 할당한다. 그 후 설정된 주파수에 해당하는 전류를 인가하여 해당 채널에서 측정된 전압을 통해 각 신체 부위의 수분량 및 체지방량을 추출한다. 피검자 단말기(300)는 체성분 측정 수단(200)이 생성한 체성분 측정 결과를 수신하며 네트워크(400)는 체성분 측정 수단(200)과, 피검자 단말기(300)를 연결하는 역할을 수행한다.
도 2 실시예에 따른 체성분 측정 장치의 개념도
도 3은 본 실시예에 따른 웨어러블 섬유장치를 개략적으로 설명하기 위한 예시도이다. 웨어러블 섬유장치(100)의 섬유기반 전극(111,112,113,121,122)은 의복의 직조시에 이용하는 비도전성 섬유사 중 일부를 도전성 섬유사를 이용하여 직조하게 된다. 또한, 섬유기반 전극(111,112,113,121,122)은 자기유도 효과를 발생시킬 수 있도록 권선의 구조로 루프(Loop)를 형성한다. 형성된 전극에 주파수를 인가하기 위한 도전성 연결부재(130)는 섬유기반 전극(111,112,113,121,122)의 형성을 위한 직조단계에서 권선 Loop의 종단 및 체성분 측정 수단(200)과 연결될 수 있도록 전도성 섬유로 도선을 직조한다. 해당 웨어러블 섬유장치(100)는 신축성을 지니 는 특성을 지니고 있어야 하며, 신축성은 생성된 전극이 인체에 밀착될 수 있도록 도모한다. 체성분 측정 시에 생체 전기 임피던스 측정법(BIA: bio-electrical impedance analysis)에서 사용하는 모델 중 제일 진화한 모델인 5 cylinder model을 적용할 수 있도록 그룹핑 스티칭 공정을 적용한다.
도 3 실시예에 따른 웨어러블 섬유장치의 예시도
도 4는 본 실시예에 따른 체성분 측정 수단에 있어 생체 전기 임피던스 측정시 필요한 채널을 개략적으로 설명하기 위하여 도시한 도면이다. 체성분을 측정하는 BIA 방법은 조직의 생물학적 특성에 따른 전기 전도성의 차이를 이용하여 신체 구성을 예측하는 방법으로, 전기 전도성은 수분과 전해질량에 비례한다는 점을 이용한다. 또한 흐르는 전류의 주파수에 따라 인체에 흐를 수 있는 부위가 다르다는 특성을 이용하는데, 일반적으로 전류가 저주파(~1kHz)인 경우, 저주파 전류는 인체의 세포 외액만을 통해 흐를 수 있다. 그러나 전류가 고주파(~1mHz)인 경우, 고주파 전류는 인체의 세포 외액 및 세포 내액을 통해 흐를 수 있다. 이를통해, 세포배 열, 골조직 등 다양한 차이에 의해서 각각 고유의 전기적 성질로서 주파수 특성을 구비하여 측정하게 된다.
이러한 측정에 대한 이론적 배경의 현장 적용 시 신체 부위는 일정한 횡단면적을 가진 완전한 실린더의 형태가 아니며, 조직의 특정 저항도 일정치 않을 수 있다. 또한, 측정 전극간 부착 위치가 1cm만 벗어나도 측정치의 오차가 대략 2%에서 16%로 넓은 측정 편차가 발생한다. 이러한 사용자에 대한 오차를 줄이기 위한 방법으로 전극을 일정한 거리로 유지될 수 있도록 고안하였으며, 전극 간 접촉되는 인체의 길이와 면적을 일정하게 유지 또는 면적을 반영하여 측정 시 편차 오류를 보정한다.
도 4 실시예에 따른 생체 전기 임피던스 측정시 필요한 채널의 도면
이러한 웨어러블 스마트 섬유장치의 개발은 사물인터넷(IoT: Internet of Things)의 결합을 가능케함으로써 실시간으로 사용자의 트레이닝 동안 체성분을 개인 단말에 전송하여 최적의 홈트레이닝을 관리할 수 있다. 코로나 시대 이후 수요가 높아진 홈트레이닝에 따라 관련 기술은 더욱 주목을 받을 것으로 기대된다.
특허법인ECM
변리사 김시우
swkim@ecmpatent.com
02-568-2670
기존의 체성분 측정을 위한 고정식 측정 장치는 외부로 노출된 금속성 전극을 이용하는데, 이러한 금속성 전극은 외부 오염에 취약하고 수분 접촉 등에 의한 부식 발생 시 오동작할 우려가 있고, 감전의 위험성이 존재하며, 다수의 사용에 따른 바이러스 전염경로가 될 수 있는 등의 물리적 및 심리적 부담감이 존재한다. 또한, 인종, 연령, 신장, 몸무게별로 도선 면적 변화에 따른 인체 모델의 저항이 변화함으로써 복잡한 연산이 수반되어야 한다.
도 1 스마트 웨어러블 섬유장치
테슬라 바이오랩에서는 본 발명을 통하여 웨어러블 섬유장치를 통해 체성분을 측정함으로써 기존의 핵심 문제인 오동작할 우려, 감전의 위험성, 다수의 사용에 따른 바이러스(예를 들어 코로나 19 바이러스) 전염경로가 될 수 있는 등의 물리적 및 심리적 부담감 등을 해결하고자 한다. 도 1은 본 실시예에 따른 체성분 측정 장치를 개략적으로 설명하기 위하여 도시한 개념도이다. 도 1을 참조하면, 체성분 측정 장치(1)는 웨어러블 섬유장치(100), 체성분 측정 수단(200), 피검자 단말기(300) 및 네트워크(400)를 포함한다. 웨어러블 섬유장치(100)는 체성분을 측정하기 위해 피검자가 착용하는 의복에 해당하며, 상의 부분(110)은 소매 부위에 형성되는 소매 전극(111, 112)과 허리 부위에 형성되는 허리 전극(113)이, 하의 부분(120)의 경우, 상의 부분(110)과 연동하여 채널을 형성할 수 있도록 발목 부위에 형성되는 발목 전극(121, 122)이 존재한다. 이러한 웨어러블 섬유장치(100)는 자기 유도 현상이 발생하도록 루프 구조를 형성한다.
체성분 측정 수단(200)은 웨어러블 섬유장치(100)와 전기적으로 연결되고, 섬유기반 전극(111,112,113,121,122) 중 체성분 측정 시에 전류가 흐르는 양끝 단의 섬유기반 전극을 하나의 채널로 하는 복수의 채널을 할당한다. 그 후 설정된 주파수에 해당하는 전류를 인가하여 해당 채널에서 측정된 전압을 통해 각 신체 부위의 수분량 및 체지방량을 추출한다. 피검자 단말기(300)는 체성분 측정 수단(200)이 생성한 체성분 측정 결과를 수신하며 네트워크(400)는 체성분 측정 수단(200)과, 피검자 단말기(300)를 연결하는 역할을 수행한다.
도 2 실시예에 따른 체성분 측정 장치의 개념도
도 3은 본 실시예에 따른 웨어러블 섬유장치를 개략적으로 설명하기 위한 예시도이다. 웨어러블 섬유장치(100)의 섬유기반 전극(111,112,113,121,122)은 의복의 직조시에 이용하는 비도전성 섬유사 중 일부를 도전성 섬유사를 이용하여 직조하게 된다. 또한, 섬유기반 전극(111,112,113,121,122)은 자기유도 효과를 발생시킬 수 있도록 권선의 구조로 루프(Loop)를 형성한다. 형성된 전극에 주파수를 인가하기 위한 도전성 연결부재(130)는 섬유기반 전극(111,112,113,121,122)의 형성을 위한 직조단계에서 권선 Loop의 종단 및 체성분 측정 수단(200)과 연결될 수 있도록 전도성 섬유로 도선을 직조한다. 해당 웨어러블 섬유장치(100)는 신축성을 지니 는 특성을 지니고 있어야 하며, 신축성은 생성된 전극이 인체에 밀착될 수 있도록 도모한다. 체성분 측정 시에 생체 전기 임피던스 측정법(BIA: bio-electrical impedance analysis)에서 사용하는 모델 중 제일 진화한 모델인 5 cylinder model을 적용할 수 있도록 그룹핑 스티칭 공정을 적용한다.
도 3 실시예에 따른 웨어러블 섬유장치의 예시도
도 4는 본 실시예에 따른 체성분 측정 수단에 있어 생체 전기 임피던스 측정시 필요한 채널을 개략적으로 설명하기 위하여 도시한 도면이다. 체성분을 측정하는 BIA 방법은 조직의 생물학적 특성에 따른 전기 전도성의 차이를 이용하여 신체 구성을 예측하는 방법으로, 전기 전도성은 수분과 전해질량에 비례한다는 점을 이용한다. 또한 흐르는 전류의 주파수에 따라 인체에 흐를 수 있는 부위가 다르다는 특성을 이용하는데, 일반적으로 전류가 저주파(~1kHz)인 경우, 저주파 전류는 인체의 세포 외액만을 통해 흐를 수 있다. 그러나 전류가 고주파(~1mHz)인 경우, 고주파 전류는 인체의 세포 외액 및 세포 내액을 통해 흐를 수 있다. 이를통해, 세포배 열, 골조직 등 다양한 차이에 의해서 각각 고유의 전기적 성질로서 주파수 특성을 구비하여 측정하게 된다.
이러한 측정에 대한 이론적 배경의 현장 적용 시 신체 부위는 일정한 횡단면적을 가진 완전한 실린더의 형태가 아니며, 조직의 특정 저항도 일정치 않을 수 있다. 또한, 측정 전극간 부착 위치가 1cm만 벗어나도 측정치의 오차가 대략 2%에서 16%로 넓은 측정 편차가 발생한다. 이러한 사용자에 대한 오차를 줄이기 위한 방법으로 전극을 일정한 거리로 유지될 수 있도록 고안하였으며, 전극 간 접촉되는 인체의 길이와 면적을 일정하게 유지 또는 면적을 반영하여 측정 시 편차 오류를 보정한다.
도 4 실시예에 따른 생체 전기 임피던스 측정시 필요한 채널의 도면
이러한 웨어러블 스마트 섬유장치의 개발은 사물인터넷(IoT: Internet of Things)의 결합을 가능케함으로써 실시간으로 사용자의 트레이닝 동안 체성분을 개인 단말에 전송하여 최적의 홈트레이닝을 관리할 수 있다. 코로나 시대 이후 수요가 높아진 홈트레이닝에 따라 관련 기술은 더욱 주목을 받을 것으로 기대된다.
특허법인ECM
변리사 김시우
swkim@ecmpatent.com
02-568-2670