[기고] mmWave 센서로 고령자의 독립적인 생활 지원에 기술적 도움을 주는 방법

글 : 키건 가르시아 (Keegan Garcia) 텍사스 인스트루먼트 mmWave 센서 부문 마케팅 매니저

2022-05-04 장경윤 기자

의학과 보건의 발전으로 인간의 평균 기대 수명이 계속해서 증가하고 있다. 전 세계 많은 국가에서 고령자의 규모와 비중이 증가하고 있으며, 65세 이상 노인의 전체 인구가 두 배 늘어나 2050년에는 15억 명에 이를 것이라는 전망이 나오고 있다. 이와 함께 가정 케어 또는 요양시설도 이런 증가 추세를 뒷받침할 수 있도록 규모가 증가하는 추세다. 질병통제예방센터(CDC)에 따르면, 노령 인구의 약 25%가 매년 낙상을 겪는다고 하며, 고령자에게 발생하는 미국 내 정신적 외상 관련한 병원 입원의 주요 원인이 낙상이라고 한다. 따라서 낙상이나 기타 건강 관련한 사건이 언제 발생하는지 알고 신속하게 대처할 수 있다면 이들에 대한 치료에도 도움이 될 수 있을 것이다.

오늘날의 기술 – 가정 내 건강 관리

커넥티비티의 혁신과 함께 의료 센서는 고령자들이 가정에서 제약 없이 일상 생활을 할 수 있도록 지원함으로써 예상치 못한 일이 발생하더라도 바로 도움을 줄 수 있도록 한다. 이러한 의료 센서는 보통 낙상과 같은 움직임을 감지하는 가속도계를 기반으로 하며, 센서의 모니터링을 통해 가족이나 간병인을 자동으로 호출하여 도움을 요청할 수 있다. 고령자들이 이러한 배터리 구동식 센서를 목이나 손목에 착용하면 센서가 부착된 신체상의 위치를 바탕으로 낙상과 같은 큰 움직임을 식별할 수 있으며 연결 노드를 사용하여 가족이나 간병인에게 연락을 취한다. 심전도 또는 맥박산소측정기와 같은 추가 센서도 바이탈 신호나 수면의 질과 같은 신체와 관련된 변수를 지속적으로 보여줄 수 있다. 하지만 이러한 의료 센서는 그림 1과 같이 제약이 존재한다. 효과적인 작동을 위해 소비자가 착용하고 충전하는 것을 잊지 않아야 한다라는 점 때문에 사용에 불편함이 있고 실현 가능하지 않을 수 있다. 일부 모델은 건강과 관련된 문제가 발생 시 사용자가 버튼을 직접 눌러야 하지만, 거동할 수 없는 경우에는 이조차 어려울 수 있다. 마지막으로, 낙상 사건과 일상 활동을 구별하기 위해 센서가 매우 정확해야 한다. 오늘날의 센서는 사람이 갑자기 앉거나 손뼉을 치면 낙상으로 오인하여 감지할 수 있다. 또한 광학 카메라에 사용되는 것과 같은 센서 유형을 가정에 설치하면 프라이버시 관련 문제가 발생할 수 있다.

mmWave 레이더: 프라이버시를 고려한 비접촉식 감지

60GHz mmWave 레이더는 가정에서 건강 상태와 행동을 감지 및 추적할 수 있는 대안적인 감지 기술이다. 레이더는 방에 사람이 있는지, 그리고 몇 명이 있는지를 파악하고 낙상 사건을 인지할 수 있는 모션 시그니처를 식별하며, 바이탈 사인을 측정하여 수면의 질과 같은 요인들을 평가하는 등 여러 가지 감지 문제를 해결하는 데 도움을 준다. 또한 mmWave 레이더는 무선 주파수 기반의 센서라는 본래 특성상 신체 접촉 없이도 감지가 가능하며, 시각적으로 식별 가능한 임의의 정보를 제공하지 않기 때문에 침실이나 욕실 등 프라이버시가 중요한 공간에도 설치할 수 있다. 이러한 기능을 애플리케이션 수준에서 함께 결합하면 가정 내 모니터링 시스템을 통해 가족과 간병인에게 사용자가 안전하고 건강한 상태임을 확인할 수 있도록 해준다. IWR6843AOP는 마이크로컨트롤러와 디지털 신호 프로세서와 함께 온칩 안테나와 온보드 프로세싱을 사용하여 표적의 범위와 속도 및 각도를 처리한다. 이 범위와 각도 정보를 사용하여 “포인트 클라우드”를 생성할 수 있으며, 이력 트랙커에 포인트 클라우드를 입력하면 방에 사람이 있는지 여부는 물론 사람이 방의 어느 위치에 있는지도 알아낼 수 있다. 또한, 이 포인트 클라우드와 트랙커 정보를 사용하면 사람이 움직이고 있는지, 앉아있는지, 혹은 아침에 주방까지 걸어가는 행동과 같이 일상 생활을 하는 중인지도 알아낼 수 있다. 그림 2는 낙상을 나타내는 레이더 포인트 클라우드의 예를 사용하여 녹색 점으로 포인트 클라우드를 보여준다. 오른쪽의 그래프는 사람의 순간 키와 평균 키의 측정값을 나타내며, 이를 통해 알고리즘이 사용자가 낙상과 같은 상황에 처했는지 여부를 감지할 수 있다.

속도 정보는 방 안에 있는 대상의 모션 시그니처를 측정할 수 있다. 이러한 모션 시그니처는 맞춤형 알고리즘이나 인공지능을 통해 불안정한 보행, 낙상 또는 낙상할 뻔한 사고와 같은 행동을 식별할 수 있다. 또 다른 용도로, 침대 옆에서 사용자의 수면 중 움직임을 측정하여 수면 패턴이 변화하는지도 알아낼 수 있다. 그림 3과 같이 모션 시그니처는 사람이 앉거나 누워있을 때의 심박수와 호흡수를 측정할 수 있다. 그림 3에서 상단 그래프는 IWR6843AOP에서 처리한 출력(녹색 선)과 가슴에 장착한 상용 심박수 모니터(검은색 선)를 비교한 것이다. 가슴에 장착한 센서의 실측값과 비교한 심박수 오류가 5bpm 미만이며 센서를 몸에 접촉하지 않고도 높은 측정 정확도를 얻을 수 있음을 알 수 있다.

결론

mmWave 레이더는 가정용 모니터링 및 의료 분야의 새로운 혁신적인 역량에 잘 맞는 성장 기술이다. 평가 모듈, 시연 소프트웨어 또는 타사 파트너 중 한 곳의 솔루션을 포함한 mmWave 레이더 센서에 대한 자세한 정보는 하기 리소스에서 확인 가능하다.