▣ 새로운 구강내 혀구동 시스템


혀구동 시스템(Tongue Drive System)이 눈에 덜 띄게 될 것이며, 더 잘 구동될 수 있을 것이다. 이 시스템은 무선 기기로서 매우 심한 척추 손상을 가진 사람들이 컴퓨터를 구동할 수 있게 해주며, 혀를 움직여서 간단하게 전기 휠체어를 움직일 수 있게 될 것이다.


이 시스템의 가장 최신 프로토타입은 사용자들이 시스템을 제어하기 위해서 센서가 내장된 보이지 않는 교정장치(dental retainer)를 착용해야 한다. 이 센서는 혀에 부착되어진 작은 자석의 위치를 추적하게 된다. 혀구동 시스템의 초기 버전에서는 혀에 있는 자석의 움직임을 추적할 수 있는 센서가 사용자가 착용한 헤드셋에 설치되었다.


“입속에서 센서를 움직여서 우리는 기계적으로 안정적이며 편안한 혀 구동 시스템을 만들 수 있다. 이것은 거의 알아차릴 수 없을 정도이다.” 라고 조지아공과대학교 전기 및 컴퓨터공학과 Maysam Ghovanloo교수가 말했다.

새로운 구강내 혀구동 시스템은 2012년 2월 20일에 샌프란시스코에서 열리는 IEEE ISSCC(International Solid-State Circuits Conference)에서 선보여졌다. 이 시스템의 개발은 국립보건원(National Institutes of Health)과 국립과학재단( National Science Foundation) 및 Christopher & Dana Reeve 재단에서 후원해주었다.


새로운 치아장치는 혀에 부착된 작은 자석의 움직임을 감지하기 위해서 네 모서리에 설치된 자기장 센서를 포함하고 있다. 또한 이것은 재충전 가능한 리늄이온 배터리와 배터리를 충전하기 위한 유도코일을 포함하고 있다. 이 회로는 교정기를 사용할 수 있는 공간에 맞추어지기 때문에 입천장에 놓이게 되며, 절연되고, 방수가 되는 물질로 덮여지게 된다.


“초기 헤드셋에서 가졌던 문제점 중에 하나는 사용자의 머리가 움직이게 되면 시스템이 재조정해야 한다는 것이다. 왜냐하면 치아장치가 입속에 있고 치아주변에 매우 강하게 고정되어져 있기 때문에 이러한 종류의 흔들림으로부터 보호를 해야만 한다.” 라고 Ghovanloo가 설명했다.


사용할 때 센서로부터 나온 출력신호는 아이팟이나 아이폰에 무선으로 전송되어진다. 아이팟에 설치된 소프트웨어는 실시간으로 센서 어레이와 비교하여 자석의 상대적인 위치를 결정함으로서 사용자의 혀로부터 나온 명령을 해석하게 된다. 그래서 이 정보는 컴퓨터 스크린의 커서 움직임을 제어하는데 사용되거나, 전기 휠체어의 조이스틱 기능을 대체하는데 사용되게 된다.


Ghovanloo와 그의 연구팀은 구강내 혀구동 시스템을 위한 일반적인 인터페이스를 개발하고 있다. 이것은 표준 전기 휠체어에 직접 부착되어지게 될 것이다. 이 인터페이스는 다양한 기능들을 가지게 될 것이다. 즉, 아이팟이 가지고 있을 뿐만 아니라 무선으로 센서데이터를 받게 되어 아이팟에 전달하게 된다. 휠체어에 아이팟을 연결하여, 아이팟을 충전하며, 교정기가 밤에 충전되어질 수 있도록 하는 용기가 포함되게 된다.


예비 테스트에서 구강내 기기는 신호대 잡음비가 증가된 결과를 보였었다. 심지어 더 작은 자석이 혀에 있을 때도 그런 결과를 보였다. 향상된 감도가 시스템에 프로그램되어질 수 있는 추가적인 명령을 실행하도록 하였다. 기존에 헤드셋을 사용하는 혀구동 시스템은 7가지 다른 혀 움직임을 통해서 명령을 해석하게 된다.

추가적인 명령을 가지고 시스템을 훈련시키는 능력과 동시에 사용자에게 유용한 모든 명령을 실행할 수 있는 것은 일반적인 구강내 기기의 잇점이다. 즉, 빨대로 빨아들이거나 바람을 불어서 간단한 스위치를 제어하는 것과 같은 것이다. 연구자들은 신체가 건강한 사람들에게 이 시스템의 능력을 테스트할 계획을 가지고 있다. 그리고나서 심한 척추 손상을 가진 사람들에게 유용한지에 대하여 임상실험을 실행할 계획을 가지고 있다.


최근에 Ghovanloo와 그의 팀은 Atlanta에 있는 Shepherd센터와 시카고재활연구소(Rehabilitation Institute of Chicago)에 있는 이 시스템의 헤드셋 버전을 테스트하기 위해서 심한 척추손상을 가진 11명을 모집하였다. 실험 참가자들은 상부쪽에 작은 자석을 포함하고 있는 임상학적 혀 피어싱과 스터드(stud)를 갖게 되었다. 이 실험은 6주의 기간 동안 주당 2번의 실험을 진행하여, 혀구동시스템을 사용한 컴퓨터의 동작 능력을 평가하였고 장애물이 있는 코스에서 전기 휠체어가 구동되는지를 평가하였다.


“실험을 진행하는 동안 사용자들은 시스템을 사용하도록 배웠으며, 컴퓨터 커서를 빨리, 더 정확하게 움직일 수 있도록 배우게 되었다. 그래서 장애물이 있는 곳을 더 빠르고, 충돌 없이 지나갈 수 있게 되었다. 우리는 실험 참가자들이 구강내 혀구동 시스템을 매일 사용하기 시작할 미래에 더 좋은 결과를 얻을 수 있기를 기대하고 있다.” 라고Ghovanloo가 말했다.

Tongue Drive System Commands

Caption: The circuitry for the new intraoral Tongue Drive System developed at Georgia Tech is embedded in this dental retainer worn in the mouth (right). The system interprets commands from seven different tongue movements to operate a computer (left) or maneuver an electrically powered wheelchair.

Tongue Drive System Dental Retainer

Caption: The dental appliance for the new intraoral Tongue Drive System contains magnetic field sensors mounted on its four corners that detect movement of a tiny magnet attached to the tongue. It also includes a rechargeable lithium-ion battery and an induction coil to charge the battery. The circuitry fits in the space available on the retainer, which sits against the roof of the mouth and is covered with an insulating, water-resistant material and vacuum-molded inside standard dental acrylic.


Tongue Drive System Interface

Caption: Georgia Tech researchers designed this universal interface for the intraoral Tongue Drive System that attaches directly to a standard electric wheelchair. The interface boasts multiple functions: It not only holds the iPod, but also wirelessly receives the sensor data and delivers it to the iPod, connects the iPod to the wheelchair, charges the iPod, and includes a container where the dental retainer can be placed at night for charging.

URL : http://www.eurekalert.org/pub_releases/2012-02/giot-tds021712.php


<출처>NDSL, 2012-02-23

Posted by TopARA

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