가. 필요성

운동은 우리의 일상에서 빼놓을 수 없는 부분이다. 몸과 마음을 건강하게 하는 긍정적인 활동이기 때문이다. 따라서 운동에 대한 사람들의 관심은 지속적으로 이어져왔다. 더불어 최근 스마트 기기의 개발 및 보급에 의해 운동의 방법이 그 전에는 생각도 할 수 없었을 정도로 비약적 발전을 하게 되었다. 즉, 운동을 하기 위해서는 필수적으로 야외에 나가야 하고 주로 신체의 건강이 주 목적이었다. 그러나 최근에는 스마트 기기를 통한 운동 및 스포츠는 또 하나의 계보를 열었다. 건강을 기본으로 흥미 및 즐거움 등이 더해져 쾌락의 즐거움이 높아졌다. 또 스마트 기기를 통해 야외에 나가지 않고 실내에서 다양한 운동을 접할 수 있게 된 것이다.

이전부터 실내에서 스포츠를 즐길 수 있는 기계들이 출시되어왔으며 이의 형태는 스마트 기기의 보급 및 발전과 함께 다양한 웨어러블 기기로 변화되었다.

하지만 전자의 경우 실제 스포츠와는 거리감이 느껴진다는 근본적인 단점이 존재하며 이는 기계가 단순한 오락 용도로 전략하거나 그대로 방치되는 결과를 초래하였다. 또한 기계의 경우 해당 회사의 제품을 사고도 운동을 제대로 즐기기 위해서는 필요한 패키지 상품을 추가 구매해야 하는 등 많은 설치 공간과 과정을 필요로 하고 있다. 또한 후자의 경우 운동을 하는 과정에서 쉽고 빠르게 사용자에게 건강 정보를 제공하기 때문에 전자에 비해 실질적인 도움을 주지만 가격이나 회사에 무관하게 기능이 거의 유사하고 단순하여 흥미를 끌기에 부족하고 운동 시 필수로 사용되는 상품이 아니기 때문에 그 역할이 미미하다.

이러한 제품들의 단점을 고려하여 구매와 설치가 번거롭지 않고 이전 제품들의 유사한 기능과는 달리 사용자의 이목을 끌 수 있는 흥미로운 기능으로 운동의 재미를 증대시킴과 동시에 효율성을 극대화할 수 있는 제품인 “I’M yours”를 구상하였다. 우리는 사용자의 신체적 향상 목표를 달성할 수 있도록 보다 구체적이고 정확한 정보를 제공 할 것이다. 따라서 사용자들은 이 제품을 사용함으로서 본인에게 알맞은 운동 방법이 무엇인지 확인할 수 있을 것이며 궁극적으로는 운동의 즐거움을 맛볼 수 있을 것이다.

나. 목표

I'M yours의 경우 사용자의 스마트패드나 스마트폰과 연동되는 매트 이외에는 특별한 장비가 필요하지 않다는 점과 실외운동을 실내에서 간편하게 즐길 수 있다는 점 등 다양한 장점을 가지고 있다. 특히 자칫 밋밋하고 지루하게 느껴질 수 있는 반복 운동을 스마트 매트를 통해 사용자가 좀 더 쉽고 흥미있게 접근할 수 있도록 방향성을 설정하였다. 따라서 사용자가 I’M yours를 이용하면 얇은 매트라는 매개체 하나만으로 하체운동을 정확하고 효과적으로 수행할 수 있다.

I’M yours는 사용자의 능력과 운동신경을 판단하여 초급/중급/상급 세가지 모드를 선택하여 적정한 선에서 신체에 무리가 없도록 재밌게 구성하며 동적이고 인터렉티브한 트레이닝을 위해 일정 속도 이상의 비트음악을 가미한다.

이러한 I’M yours는 각각의 판 내에 압력센서를 내장시킨 뒤 와이파이를 이용하여 다른 추가 장비 없이 카메라가 탑재되어있는 스마트기기(PC, 스마트패드, 스마트폰 등)로 통신한다. 이 때 릴리패드라는 초소형의 보드를 사용하므로 매트 부피의 차이를 만들지 않는다. 이 릴리패드에서 압력센서를 처리하고 처리된 데이터는 릴리패드에 부착된 와이파이 혹은 블루투스 모듈을 통해 스마트기기로 실시간으로 송출되기 때문에 즉각적으로 이벤트처리가 가능하다.

이렇게 릴리패드와 데이터를 주고 받는 스마트기기는 자체적으로 운동에 사용되며 어플리케이션을 통해 사용자에게 몇 가지 예제 동작을 제공한다. 해당하는 예제 동작을 동영상을 통해 간단히 보여주고 사용자는 동영상을 따라 동작을 연습해볼 수 있다. 연습이 끝나면 해당 동작을 본격적으로 수행하여 운동을 하게된다.

예제 동작은 여러 동작이 지원된다. 에어로빅과 요가, 축구 및 농구 기본자세 그리고 버피테스트 등 순간적으로 빠르게 에너지를 끌어올리는 동작이나 느리지만 운동강도가 높은 자세를 반복하며 적은 시간을 소요해도 상대적으로 폭발적인 운동효과를 가져올 수 있도록 도와준다.

예제 동작 시연이 끝나면 패드의 입력값을 받아와 사용자가 동작을 정확히 수행하고 있는지 판별한다. 이 때 사용자가 밟아야 하는 패드 위치를 패드 및 어플리케이션에서 확인할 수 있도록 LED와 같은 시각적인 요소를 추가한다. 이 후 시간정보와 상대적 칼로리 소비량 그리고 정확도를 센서값을 이용해 취합하여 스마트기기에 실시간으로 정보를 송출한다.

최종적인 형태로 위의 구조와 기능들을 가지고 운동 보조 효과가 미미한 웨어러블 기기에 반해 직접적으로 사용자의 트레이닝을 서포트하며 소프트매트의 형태로 휴대성이 간편하여 설치 규모도 크게 추가되지 않도록 구현한다.

* 정량적 목표

가) 압력센서를 릴리패드에서 처리한 후 스마트기기에 보내는 속도를 1초 이내로한다.

나) 해당하는 동작을 반복하여 운동했을 시 칼로리 소모 결과에 대한 오차율을 10% 이내로 설 정한다.

다) 릴리패드에서 압력센서를 100% 정확하게 센싱처리 할 수 있도록 한다.

* 정성적 목표

2. 과제의 기술적 내용 및 수행방법

가. 기술적 내용

* Sensing

I’M yours에는 압력센서와 통신모듈, 크게 이 두가지 센서가 들어간다. 또한 사용자의 자세와 발 위치를 보다 정확히 판별하기 위해 스위치 및 초음파 센서도 부가된다. 1차적으로 압력센서의 변화값을 읽어 발판이 눌렸는지 판단하고 2차적으로는 압력센서 값의 크기를 비교하여 사용자의 무게중심을 판단한다. 이에 더해 스위치가 눌렸는지의 여부를 파악하여 정확성을 높이고 초음파 센서를 통해 다리 자세를 섬세하게 교정한다.

가) 압력센서

액체 혹은 기체의 압력을 검출하고 계측이나 제어에 사용하기 쉬운 전기신호로 변환하여 전송하는 센서이다. 온도나 이온, 저항과 같은 다양한 측정원리를 사용하여 넓은 범위의 압력을 측정한다. 이 센서는 아두이노나 릴리패드와 같은 보드에 연결하여 아날로그 혹은 디지털 값을 읽어와 판별한다. 압력센서에 들어오는 값을 정확히 분석하는 것이 프로젝트의 핵심기능 중 하나이며 무게중심을 파악하는데 중요하게 사용한다.

나) 스위치

스위치의 경우 압력센서의 보조 역할로써 사용자의 발이 정확한 위치에 도달하였는지 판단하는 부가적인 요소이다. 스위치를 사용하면 정확도가 높아질뿐만 아니라 압력센서의 입력값이 부득이하게 들어오지 못하거나 그 값이 이상한 경우 사용자의 발의 위치를 판별하는 핵심 센서가 된다.

다) 블루투스 및 와이파이

블루투스는 스마트폰이나 노트북 등의 휴대기기를 서로 연결하는 근거리 무선 기술 표준이다. 와이파이는 케이블 연결에 기반한 근거리 컴퓨터 네트워크 방식인 LAN을 무선화한 기술로 기기 N대를 빠르게 연결할 수 있다는 장점이 존재한다.

* 어플리케이션 프로그래밍

I’M yours에 내재된 여러 센서들과 통신한 값을 읽어 해석하는 기능을 담당하는 어플리케이션을 제작한다. 뿐만 아니라 사용자의 상태를 실시간으로 확인할 수 있는 다리 역할을 수행하므로 I’M yours의 핵심기능 중 하나가 된다.

어플리케이션의 메인 화면으로 독자적인 로고를 생성하여 상단에 위치시킨다. 또한 사용자의 능력이나 운동 신경에 따라서 Beginner / Intermediate / Superior 총 세가지의 모드를 지원한다. 이 외에도 번외로 친구와 함께 선의의 경쟁구도를 이루며 운동을 더욱 더 흥미있게 즐길 수 있는 Game 모드, 간헐적 운동법으로 그 효과가 막대한 타바타 운동 모드를 지원한다.

사용자가 모드를 선택하면 해당 모드에 대한 간단한 예제 동작이 동영상 형식으로 나타난다. 동작은 에어로빅 / 축구 및 농구 기본자세 / 배트민턴 기본자세 / 버피테스트 / 요가 등 다양한 속도로 사용자가 흥미롭게 즐길 수 있는 동작들이다. 동영상이 끝난 후 연습을 원하는 사용자는 실전에 임하기 전에 동작을 복습해볼 수 있다.

연습이 끝나면 실전모드가 실행되며 해당 동작을 반복하게 된다. 이 때 스마트기기로 가이드라인이 주어지며 사용자의 발의 정확성에 따른 문구가 출력되므로 실시간으로 피드백을 받을 수 있다. 또한 이에 맞춰 패드 내의 LED 센서가 작동되어 시각적으로도 쉽게 사용자의 정확성 정보를 얻을 수 있다.

실전모드가 종료되면 총 시간과 사용자의 정확성 평균, 그리고 해당 동작을 반복함으로써 소비한 칼로리의 정보를 스마트기기에 표시한다. 게임 모드의 경우 WINNER와 LOSER의 정보를 각각 나타내어 준다. 여러 STAGE를 클리어하면서 성취감도 얻을 수 있다.

3. 과제 도출 과정 및 참여기업과의 연계 계획

- 유산소 운동의 이점은 익히 알려져 있다. 신체의 산소 소비량을 증대시켜 지방을 에너지원으로 사용하여 몸 안의 노폐물을 배출할 수 있도록 돕기 때문이다. 그래서 일반적으로 건강유지 혹은 체중감량을 원할 때 유산소 운동을 시작한다. 그러나 유산소 운동은 대부분 걷기, 달리기와 같은 것으로 집 안에서 쉽게 할 수 있기 보다는 외출을 필요로 한다. 즉 공원이나 헬스장과 같은 특정한 장소가 필요한 것이다. 또한 외출은 날씨의 영향도 많이 받는다. 따라서 시간과 장소의 제약을 받지 않고 운동을 할 수 있는 솔루션을 통해 보다 편리하게 신체적인 건강함을 얻을 수 있는 방법이 있을까 연구하게 되었다.

- I’M yours는 사용자가 원하는 목적을 달성할 수 있도록 돕는다. 먼저, 사용자가 원하는 난이도를 단계별로 선택하여 초급 유산소 운동자부터 고급 하체 단련 및 순발력 운동까지 체력 증진을 할 수 있도록 한다. 또한 성별을 선택할 수 있도록 하여 여성과 남성의 본질적인 체력 차이를 구분하여 운동하게 함으로써 보다 체계적인 운동체제를 마련한다. 그리고 해당하는 동작을 쉽게 학습할 수 있게 스마트기기를 이용한 어플리케이션을 제공하여 기기를 처음 접하는 사용자도 빠른시간내에 적응할 수 있도록 한다. 뿐만 아니라 패드의 LED또한 사용자의 움직임에 따라 실시간으로 반응한다. 그럼으로써 사용자가 화면과 매트를 보고 프로그램을 따라하는 것만으로 사용자가 기대한 이익보다 더 나은 효과를 얻을 수 있도록 한다.

- I’M yours는 압력센서를 패드의 내부에 설치하여 사용자가 패드 위에서 프로그램을 따라 몸을 움직이면 센서에 입력되는 압력에 따라 자세가 맞는지 확인한다. 또한 시공간적 제약을 받지 않고 모바일 기기와 매트를 연동하여 사용자의 움직임을 실시간으로 저장한다. 이 데이터는 서버에서 체력 증진 및 체중 감소를 위해 처리되므로 사용자가 원하는 신체적 목적 정보와의 편리한 비교를 제공한다.

4. 기대효과 및 활용방안

I’M yours는 축구, 농구, 배드민턴, 스쿼시, 요가, 에어로빅 등 여러 운동의 올바른 자세 습득을 도모하고 이 동작을 직접 수행함으로써 효율적인 근육 발달, 지방 제거, 스포츠 실력 증진 등의 효과를 얻을 수 있다.

이 프로젝트를 진행함으로써 얻을 수 있는 결과물인 I’M yours는 운동 보조, 자세 교정을 할 수 있는 특허를 출원 받을 수 있다. 프로 축구 선수의 트레이닝을 예로 들어보자. 프로 축구 선수의 트레이닝 중 대표적인 것이 사다리 스텝 훈련이다. 이 훈련은 사다리를 바닥에 놓고 그 사이를 여러 패턴의 움직임으로 발을 디뎌 축구 경기 중 자연스러운 스텝, 움직임이 나올 수 있도록 한다. I’M yours 위에서 이와 같은 훈련을 진행할 때 기상, 지형 그리고 시간 등 여러 가지 제약 사항에 구애받지 않고 건강에 무리가 가지 않을 만한 조건을 갖춘 환경에서 진행할 수 있기 때문에 운동의 보조 역할을 실속 있게 수행할 수 있다. 다른 예로 농구 하체 스텝 훈련이 있다. 이 훈련은 두 발을 가지런히 모으고 한 지점과 그 곳을 기준으로 그다지 멀지 않은 지점을 반복적으로 빠르게 딛는 동작을 주로 하여 순발력과 발을 디뎠을 때 체중을 견딜 수 있을 만한 근력을 길러준다. 이 동작을 I’M yours를 이용하여 수행하면 패드의 압력 센서가 일정 시간 동안 발을 디디는 횟수를 세어 주어 훈련의 성과를 수치로 표시할 수 있다. 이는 훈련을 더 체계적이고 과학적으로 할 수 있는 근거가 된다. 이 외에도 효율적으로 다음 움직임을 가져갈 수 있게 발을 디디는 동작이 중요한 스포츠를 하는 데에는 I’M yours의 기능이 많은 도움이 줄 것이다.

앞서 서술한 소위 운동 보조 역할은 비단 운동을 전문적인 직업으로 삼고 있는 사람들에게만 적용킬 수 있는 것은 아니다. 일반 가정에서 운동에 관심이 있는 사람들, 운동을 배우고 싶은데 삶을 영위하기 위해 경제 및 사회활동을 하는 사람들을 위해서도 충분히 제 기능을 발휘하여 도움을 줄 수 있다. PC, 스마트폰 등 개인 스마트 기기와 손쉽게 연동할 수 있는 I’M yours는 이 휴대성을 바탕으로 시간과 장소에 비교적 구애를 받지 않으며 단 한 번의 구매 비용으로 운동에 관련된 강습, 트레이닝 비용을 절약함과 동시에 높은 운동 효과를 얻을 수 있다.

I’M yours는 스마트기기의 화면에 사용자가 체험 혹은 습득하고 싶은 운동의 효율적인 수행 방법을 비추는 방법을 사용하고 있지만, 매트 부분에 LED를 연결해 해당 자세를 취할 때 손으로 짚어야 하거나 발로 밟아야 하는 부분을 ‘빛’이라는 수단을 통해 다시 한 번 정확한 자세를 설명해준다. 이와 같이 사용자에게 운동 방법을 최대한 정확하게 설명하는 사용자 친화적 인터페이스는 다소 연세가 있으신 분들도 충분히 이용할 수 있을 것으로 비춰진다. 이 분들은 스마트폰같은 다른 스마트 기기를 다루는 데에 어려움과 불편함을 겪을 수 있다. 하지만 I’M yours는 연결할 기기들과 그 연결을 가능케할 케이블 같은 접합부들을 최소화하여 구현하였으므로 다루기 쉽다. 따라서 남녀노소 어느 누구라도 약간의 시간만 투자한다면 아주 쉽게 이용할 수 있을 것이다. 앞서 말한 얘기를 볼 때 이른바 실버 시장을 공략할 가능성은 매우 전도유망하다고 볼 수 있다.

이렇듯 I’M yours는 나이, 직업, 거주지의 환경 등 사람들이 이 제품을 이용할 때 망설임을 줄 수 있을 만한 조건들에 거의 영향을 받지 않고 엄청난 매력으로 다가간다. 따라서 기업체와 협력하여 이 제품의 상용화에 성공한다면 운동 보조 기구 시장에 유례없는 성공 사례를 남기게 될 것이다.