본 글에서는 웨어러블 기기의 작동 원리와 사용 기술들을 알아봅니다.
1. 웨어러블 기기 작동원리 및 주요 기술
웨어러블 기기는 사용자의 신체 변화 정보(움직임, 생체 신호 등)와 주변 환경 정보(온도, 습도 등)를 감지하여 사용자에게 제공하거나, 주변의 사물인터넷(IoT) 기기와 통신하여 특정 명령을 수행하는 방식으로 작동합니다.
이러한 기능이 원활하게 수행되기 위해서는 센서, 통신, 배터리, 저전력 운영체제, 인터페이스 등 다양한 핵심 기술들이 유기적으로 연결되어야 합니다.
1) 전원부(배터리/전력)
- 대용량배터리 : 웨어러블 기기의 사용 시간을 늘리기 위해 플렉서블 배터리와 고효율 저발열 배터리 기술이 연구되고 있습니다. 기기의 크기가 제한적인 만큼, 얇고 가벼우면서도 대용량 배터리를 내장하는 기술이 중요한 요소가 됩니다.
- 저전력소모기술 : 배터리 충전 빈도를 줄이기 위해 디스플레이, 센서, 통신 모듈 등 모든 부품의 저전력화가 필요합니다. 이를 통해 한 번의 충전으로 보다 오랜 시간 사용할 수 있도록 개선되고 있습니다.
2) 송수신부(통신)
- 웨어러블 기기가 실시간 데이터를 전송하기 위해서는 블루투스, Wi-Fi, 5G, NFC 등의 무선 통신 기술이 필수적으로 활용됩니다.
- 초기에는 웨어러블 기기가 스마트폰과 연동되어야만 사용이 가능했으나, 최근에는 독립적인 네트워크 연결이 가능한 기기들이 증가하는 추세입니다. 이를 통해 웨어러블 기기는 스마트폰 없이도 자체적으로 다양한 기능을 수행할 수 있도록 발전하고 있습니다.
3) 운영체제
- 웨어러블 기기의 하드웨어와 소프트웨어가 최적의 성능을 발휘하기 위해서는 저전력 운영체제(OS)와 소프트웨어 개발 키트(SDK)가 필요합니다.
- 안드로이드(Android): 구글(Google)이 개발한 개방형 OS로, 다양한 기기에서 호환 가능하며 사용자 친화적인 환경을 제공합니다.
- iOS: 애플(Apple)이 개발한 폐쇄형 OS로, 자사 제품과 최적화되어 보안성과 성능이 뛰어난 특징을 갖고 있습니다.
4) 센서
- 센서는 정보 및 에너지를 물리적, 화학적, 생물학적 수단을 사용하여 검출하는 장치로 웨어러블 기기에서 센서를 통해 다양한 정보를 획득할 수 있게 함으로써 사용자에게 보다 정확하고 신뢰할 수 있는 정보를 제공합니다.
| 센서 종류 | 설명 |
| 속도 센서 (Accelerometer sensor) |
- 이동하는 물체의 가속도나 충격을 측정함 - 3 축(X, Y, Z)의 값으로 물체의 움직임을 측정함 |
| 온도 센서 (Temperature sensor) |
- 대기 중 혹은 국소 부위의 온도를 측정 - 섭씨나 화씨의 정도를 수치로 표현 |
| 음향 센서 (Acoustic sensor) |
- 다양한 종류의 음파를 측정함 - 측정된 음파 신호에서 특정 주파수를 샘플링 후에 디지털 데이터로 표현 |
| 이미징 센서 (Imaging sensor) |
- 피사체로부터 반사된 빛을 디지털 이미지화 함 - 가시광의 영상을 주로 활용 |
| 심장 박동 센서 (Electrocardiog ram sensor) |
- 인체의 심장 박동을 측정 - BPM(분당 심장 박동수)를 수치화하여 다른 장치에 전달함 |
| 맥박 센서 (Pulse Oximeter sensor) |
- 혈액 내 산소 포화도를 측정 - 복합 광원을 이용한 광 신호를 이용하여 혈중 헤모글로빈의 상태를 측정 |
| 혈당 센서 (Glucose sensor) |
- 인체의 혈류 속 혈당을 측정 - 적외선을 피부에 조사한 후 빛의 흡광도를 이용하여 혈당량을 측정 |
5) 인터페이스
- 기존의 웨어러블 디바이스는 사각형 디스플레이를 사용하여 착용감이 다소 불편하고 디자인 요소가 제한적이었습니다.
- 그러나 최근에는 원형 프레임 및 커브드 디스플레이가 적용되면서, 기존보다 편안한 착용감과 넓은 화면 제공이 가능해졌습니다.
- 웨어러블 기기의 화면이 작기 때문에 음성 명령을 통한 인터페이스가 필수적으로 활용됩니다.
| 기능 | 내용 | |
| 발성형태 | 고립단어 | - 고립된 형태로 발성된 음성만을 인식할 수 있음 - 음성인식의 가장 초보적 단계로 현재 가장 많이 상용화되어 있음 |
| 연결단어 | - 여러 개의 단어를 연결시켜 발성해도 인식 가능하며, 제한된 대상 단어의 조합으로 여러 형태의 음성인식이 가능함 - 고립단어 인식에 비해 난이도가 높으며, 인식률이 낮음 |
|
| 연속어 | - 자연스럽게 발성한 연속된 음성을 인식할 수 있음- 현재까지 인식률이 그다지 높지 못하며 특히 자연스러운 대화 형태의 발성인 경우 인식률이 매우 낮음 | |
| 핵심어 | - 자연스럽게 발성한 연속된 음성 중 인식대상 단어만을 추출해 인식함 - 예를 들어, 열차, 비행기 자동예약 시스템에서 사용자가 발성한 여러 가지 정보 중 지명에 해당하는 것만 알고 싶을 경우 이 방식을 이용 |
|
| 인식대상화자 | 화자종속 | - 특정 화자 또는 사용자가 자신의 음성으로 미리 인식기를 훈련시키는 과정이 요구되며, 이 경우 인식기는 훈련된 음성만을 인식할 수 있음 - 비교적 구현이 간단해 단말기 등에 탑재돼 응용되고 있으나 사용자가 훈련과정을 거쳐야 하는 불편함이 있음 |
| 화자독립 | - 임의의 화자 발성을 인식할 수 있는 기술로, 미리 수백 또는 수천 명의 음성에 관한 정보를 추출하여 데이터베이스화 함으로써 별도의 훈련과정 없이 사용 가능함 - 현재 대부분의 상용화 시스템이 채택하고 있음 |
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| 화자적응 | - 화자종속 및 화자독립 절충기술로, 사용자가 자신의 목소리에 대한 인식률을 높이기 위해 화자 독립 인식기를 자신의 목소리에 적용시키는 방식 | |
| 인식대상단어 | 고정단어 | - 인식할 수 있는 대상단어가 고정되어 있음 - 대상단어를 교체할 경우, 여러 사람의 음성 데이터를 녹취, 분석해 음성모델을 구축하는 과정을 거쳐야 하므로 시간과 비용이 많이 소모됨 |
| 가변단어 | - 인식 대상단어를 수시로 갱신할 수 있음 - 음성인식기가 모든 음소에 대한 정보를 갖고 있으면서도 대상 단어가 갱신될 경우 음소의 조합으로 인식 대상 단어의 모델을 생성함 |
|
2. 급성장 기술 키워드
1) 피트니스 트래커(Fitness Tracker)
AI 기반 맞춤형 운동 코칭 기술이 확산되면서, 웨어러블 피트니스 기기가 더욱 발전하고 있습니다. 기존보다 세련된 디자인과 헬스케어 기능이 통합되어, 일상에서도 자연스럽게 착용할 수 있는 기기들이 출시되고 있습니다.
2) 근거리 무선통신(NFC)
비접촉 결제 수요 증가로 인해 웨어러블 기기 내 NFC 칩 내장이 확대되고 있습니다. 또한 스마트시티, 교통 시스템, 헬스케어 등 다양한 분야에서 NFC 기술이 적용되고 있습니다.
3) 스마트워치(Smart Watch)
혈압 및 심전도(ECG) 측정이 가능해지면서, 스마트워치가 의료 및 건강 관리 도구로 활용되고 있습니다. 또한 독립적인 네트워크 연결이 가능해지면서, 기존보다 더 다양한 기능을 수행할 수 있도록 발전하고 있습니다.
4) 가속도계(Accelerometer)
AI와 IoT 기술이 결합되면서, 웨어러블 기기의 움직임 감지 및 예측 정확도가 향상되고 있습니다. (예: 사용자의 걸음걸이를 분석하여 낙상을 예측하고 경고하는 기능이 포함된 기기들이 등장하고 있습니다.)
5) 블루투스(Bluetooth)
웨어러블 기기 간 멀티포인트 연결이 확대되면서,스마트폰뿐만 아니라 스마트홈, 자동차, 의료 기기 등과의 연동성이 강화되고 있습니다. IoT 생태계 내에서 웨어러블 기기의 역할이 점점 커지고 있는 추세입니다.
1. https://www.appventurez.com/blog/wearable-designing
2. https://www.globalict.kr/product/product_list.do?menuCode=040200&knwldNo=144582
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