소마기술력
당신의 아기를 위한 토탈 케어 솔루션 BeBe
- 2019-12-27 14:56
- SW마에스트로
안녕하세요! SW서포터즈 기술 블로그 팀입니다. 최근 국내에 3인 가구(부모 + 한 자녀)가 늘면서 맞벌이 부부에 대한 육아문제가 커지고 있습니다.
조부모가 아기를 봐주는 집도 있지만, 저녁이 되어 맞벌이 부부가 돌아오면 쉬기보다는 다시 아기를 봐야하는 악순환이 계속되고 있는 것이죠.
이런 것들은 단순히 부모가 휴식을 취하지 못하는 것으로만 끝나지 않습니다.
영아들은 특히 부모의 끊임 없는 관심과 케어가 필요한데요, 부모가 잠든 사이, 잠깐 한눈을 판 사이 돌연사 하여 죽는 경우도 증가하고 있습니다.
그러나 이제 조금만 기다리면 이런 어려움은 많이 줄어들 것 같습니다. 바로 오늘 소개할 “BeBe”만 있다면요^^
[BeBe 소개]
BeBe는 SW마에스트로 8기 BeBe팀이 개발하고 있는 서비스입니다. 간단하게 말하면, 아기를 위한 토탈 솔루션 서비스입니다.
아기의 건강, 식사, 잠자리 등을 한 번에 관리하여 부모에게 알려줄 수 있는 H/W, S/W 통합 솔루션인 것이죠! BeBe팀은 그 이름처럼 아기들의 특성에 집중했습니다.
아기는 부모의 관심이 항상, 끊임 없이 필요하기 때문에 이를 관리해줄 무언가가 필요하다고 판단했습니다.
“아기의 부모가 잠시 화장실에 다녀온 1분 사이에 아기가 사망한 사건과 국내 영아 돌연사 증후군으로 인한 사망자 수를 보면, 아기의 돌연사 사고가 빈번하게 일어나고 있는 것을 알 수 있습니다.”,
“또한, 부모들은 아이가 잠들고 나면 잘 자는지 가끔 살펴봐야 하고, 열이 나서 아프다면 열이 내리는지 지켜봐야 하고, 어디서든 아기에게 눈을 떼지 못합니다.
갓난아기를 키우는 가정에서는 흔히 밤에 아기가 울거나 아프면 엄마와 아빠가 잠을 제대로 못 이루고 피곤한 아침을 맞이하게 되는데,
아기 때문에 밤잠을 못 이루는 부모를 위해 이 작품을 고안하게 되었습니다.” BeBe팀의 설명입니다.
[BeBe 팀의 기획, 개발 과정]
[BeBe 기술 소개]
자, 그러면 BeBe 서비스는 어떤 기술들이 모여 가능해 질까요? 크게는 하드웨어부분과 소프트웨어 부분의 두 가지로 나뉩니다.
그러나 개발 초기 단계이기 때문에 모든 부분이 구현되지는 못했습니다.
*하드웨어 기술
하드웨어는 센싱(sensing)하는 기술이 가장 중요합니다. 현재까지 진행된 부분은 온도/습도, 무게, wifi, 카메라, 공기질, 서버구축, 어플리케이션 부분까지 진행되었습니다.
*소프트웨어 기술
무선 호흡, 심박수 계산
다양한 기술이 들어가 있지만 가장 핵심이 되는 기술은 무선으로 아기의 호습과 심박수를 체크하는 기술입니다. 특히 “무선” 이라는 점이 핵심입니다.
BeBe는 신호처리 기법을 이용하여 이를 구현하고 있습니다. 과거에 MIT 대학에서 유사하게 수행했던 기법을 응용하고 있습니다.
전자기파와 사람의 Time of Flight를 구하고, 이를 기반으로 상호 Distance를 계산하여 흉부가 올라갔다 내려갔다 하는 부분,
맥박이 떨리는 부분을 감지하고 이를 다시 계산하여 호흡과 심박수를 계산할 수 있습니다.
[무선으로 호흡과 심박수를 계산하는 방법]
*Adib, F., Mao, H., Kabelac, Z., Katabi, D., & Miller, R. C. (2015, April). Smart homes that monitor breathing and heart rate.
In Proceedings of the 33rd annual ACM conference on human factors in computing systems (pp. 837-846). ACM.
무선 통신을 통해서 이루어지기 때문에 이를 구현하는 방법 또한 중요합니다. 현재 BeBe팀은 실시간 모니터링을 위해 연결지향형인 TCP기반 통신을 계획하고 있습니다.
젖병 모듈로부터 데이터를 받는 부분은 HTTP Post 방식을 이용하여 발신하고, 수신부에서는 이를 parsing하여 수집합니다.
즉, 실시간으로 모니터링이 필요한 부분은 스트리밍 기법을, 우유 먹은 양처럼 실시간으로 수집하지 않아도 되는 부분은 TCP 통신으로 구성할 계획입니다.
2. 아기 울음소리 판별 기술
또 아기의 울음소리를 판별하는 기술이 있습니다. 간단하게 설명해보겠습니다. 먼저 mic 센서로부터 아기의 울음소리를 인식합니다.
인식된 소리는 신호처리에서 많이 사용되는 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform, FFT)를 통해 시간영역의 데이터 값을 주파수 영역으로 변환시킵니다.
이때 사전 data를 이용하여 기본이 되는 아기의 울음소리 주파수를 이용하여 아기울음소리를 제외한 잡음을 제거합니다.
이때 FIR 필터를 사용하면 아기 울음소리를 쉽게 추출할 수 있습니다. 이렇게 추출된 아기울음 소리는 머신러닝을 이용하여 구별해 낼 수 있습니다.
[아기 울음소리 판결 프로세스]
이런 기술이 상용화 된다면 초보 엄마들도 손 쉽게 아기를 잘 돌볼 수 있게 될 것 같습니다
*FFT를 이용한 잡음 제거 방법
기본적으로 호흡센서 구현 시 발생하는 잡음의 제거는 신호가 들어오는 인접한 프레임을 빼주는 기법을 통해 수행 됩니다.
수신기로 들어오는 합성신호는 크게 사람으로부터 나온 신호와 사물로부터 나온 신호, 잡음으로 구분할 수 있습니다.
이때 사물로부터 나온 신호를 제거하는 방법은 간단합니다. 같은 위치의 사물에서 나오는 신호는 정적이기 때문에 인접한 프레임간의 차로 해결할 수 있습니다.
그러나 사람의 정보는 유동적이기 때문에 상쇄되지 않고 남게 됩니다.
아래 그림은 이를 설명하는 그림입니다. 첫 번째 스펙트럼은 합성 신호에 대한 스펙트럼, 두 번째 스펙트럼은 사물에 대한 정보를 배제한 스펙트럼,
그리고 마지막은 두 번째 스펙트럼에서 테두리 값을 추출하여 호흡정보를 추출한 데이터 값입니다.
[3D Tracking via Body Radio Reflections]
그 외의 잡음은 필터나 MUSIC같은 Signal Classification기법들을 통해 제거할 수 있습니다.
현재는 FFT를 사용해 주파수 영역의 신호로 변환을 한 뒤 잡음 영역을 없애고 IFFT를 사용하여 원래대로 복구하는 간단한 기법을 사용하겠지만 추후에는, MUSIC같은 고급알고리즘들도 사용할 계획입니다.
*MUSIC 알고리즘 : http://www.girdsystems.com/pdf/GIRD_Systems_Intro_to_MUSIC_ESPRIT.pdf
굉장히 어렵죠^^:; 위의 내용들을 종합하면 아래 그림과 같습니다.
[BeBe의 전체 구성도]
[BeBe의 차별성]
사실 BeBe와 유사한 서비스가 기존에 존재하고 있습니다. 아기들의 호흡이나 심박수를 측정하거나, 아기의 피부온도를 측정하여 부모에게 실시간으로 알려주는 서비스들이죠.
그러나 기존의 서비스들은 모두 아기몸에 부탁하여 모니터링한다는 특징이 있습니다.
얼핏보면 그냥 넘어갈 수 있는 부분이지만, 아기들이 무엇이든 입에 가져간다는 특성을 생각한다면 이런 부분은 부모의 입장에서는 크게 염려되는 부분입니다. 뿐만 아니라 전자파 문제도 있죠.
[미 부착형 BeBe와 경쟁사 비교]
BeBe는 부모의 입장에서 이런 어려움들을 고민하였고, 개발 초기단계부터 이를 극복하려고 노력했습니다.
그래서 아기몸에 부착하지 않으면서도 기존 제품들이 하고 있는 것과 하지 않는 부분들을 모두 모니터링 할 수 있는 방법을 고안해 냈습니다.
또한 스마트 젖병을 함께 제공함으로써 타사에서 제공하지 않는 아기의 건강상태, 식사량까지 모니터링 하여 부모로 하여금 아기를 육아하는데 실질적인 도움을 제공하려고 합니다.
[SW마에스트로와 함께한 BeBe 개발]
BeBe 팀은 소프트웨어 뿐 아니라 하드웨어도 같이 개발해야 하기 때문에 어려움이 많았습니다.
SW마에스트로 과정을 통해서 개발 초기부터 명확한 대상 타겟팅을 선정하고, 개발자의 입장이 아니라 실제로 구매할 부모의 입장에서의 니즈를 찾아낼 수 있었습니다.
예를 들어 부모가 알람을 받고 반응하지 못했을 경우 119에 자동으로 신고를 할 수 있는 기능을 첨부한다던지 하는 아이디어도 얻을 수 있었습니다.
뿐만 아니라 멘토님의 도움도 컸습니다. 위의 모든 과정에 함께하면서 도움을 받을 수 있을 뿐만 아니라 필요한 기술들이 현실적으로 가능한지 여부를 확인하면서 더 빠르게 기술구현을 할 수 있었습니다.
[마무리]
BeBe 팀은 다양한 기술을 이용하여 이번 프로젝트를 진행하고 있습니다. 현재에는 무선으로 아기의 데이터를 수집하고 분석하는 부분을 개발하고 있습니다.
또 추후에는 머신러닝을 이용하여 아기의 식사주기나 패턴등을 예측해 주는 모델을 적용할 예정에 있다고하니 빨리 모든 서비스가 개발되었으면 좋겠습니다. 나중에 저희 같은 예비 아빠들도 손쉽게 사용할 수 있도록요!
하지만, BeBe팀의 프로젝트는 아기와 부모에게만 국한하고 있지 않습니다. 실제로 개발이 완료되면 실시간 케어가 필요한 곳에서 응용, 활용될 수 있을 것이라고 기대하고 있습니다.
이를테면 병원이나, 독거 노인들이 계신 집안, 보육원, 양로원, 유치원등 응용분야는 셀 수 없이 많습니다. BeBe팀은 그래서 이 제품을 “하나의 IoT 제품이 아니라 한 생명을 지키는 데 도움을 줄 수 있는 IoT 디바이스” 라고 부릅니다.
그들에게 SW마에스트로란 무엇일까요? BeBe에게 SW마에스트로란 “조그마한 물음표가 거대한 느낌표로 바꿔주는 촉매제” 라고 합니다.
그들이 상상했던 기술을 현실로 만들어주는 SW마에스트로 과정에 여러분도 참여해보시길 바랍니다!
그럼, 다음에 또 만나요!
