1. 수행배경

• 최근 IT기술 발달과 코로나19로 인한 온라인 및 비대면 방식이 확산됨에 따라 전자기기 사용시간이 증가해 연령, 성별에 관계없이 거북목 증후군이 급증하고 있다. 거북목 증후군의 가장 큰 원인은 눈높이보다 낮은 컴퓨터 모니터를 장시간 같은 자세로 내려다보는 것이고, 이러한 자세를 장시간 유지하게 되면 과한 하중이 목에 전달되어 통증과 두통을 유발시키며 더 나아가 목과 허리 디스크로 진행될 수 있다.

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  이러한 배경에서 컴퓨터나 노트북, 태블릿PC를 사용할 때 바른 자세를 잡을 수 있도록 보조해주는 제품들이 주목받고 있다. 현재 시중에서 판매되고 있는 제품들은 크게 세 가지 유형으로 나눠볼 수 있다. 첫 번째 유형은 각도와 높이를 수동으로 조절하는 노트북 거치대이다. 이러한 제품은 센서나 카메라가 없어 사용자의 자세가 어떠한지 알 수 없다. 두 번째 유형은 사용자와 컴퓨터 모니터 사이의 거리가 가까워지면 모니터를 앞으로 전진시켜 사용자가 허리를 펴도록 유도하는 제품인데 이는 컴퓨터를 사용하는 동안의 자세를 교정해주는 기능만 제공한다. 세 번째 유형은 스마트폰 카메라를 이용해서 사용자가 거북목 자세를 취하면 알림을 주는 어플리케이션 형태인데 이는 사용자의 자세가 어떠한지 판단만 해줄 뿐 직접적인 자세 변화를 유도하거나, 사용자의 자세가 어떠한지 분석해주는 기능이 없다.

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  이러한 분석 결과 사용자가 노트북을 사용하는 동안 바른 자세를 유지할 수 있도록 실시간으로 제어되는 거치대와 얼마나 바른 자세를 유지하였는지 기록하는 기능의 필요성을 느끼게 되었고 본 작품을 제작하게 되었다.

2. 수행기간

• 하드웨어 구현 : 3월-5월
• 자세분류모델 구현 : 4-5월
• 라즈베리파이 코딩 : 3-5월
• DB구축 및 node.js서버 구현 : 3월-5월
• 웹 앱 구현 : 4월-5월

3. 개발작품 설명

• 적은 힘으로 안정적인 높이 조절을 하기 위해 리니어 액추에이터를 사용한 테이블 리프트 형태로 디자인된 거치대를 제작하였으며, 라즈베리파이를 통해 거치대를 제어하고 웹 서버와 통신할 수 있는 서버를 구동한다.
• 거치대에 탑재된 라즈베리파이와 통신하며 사용자의 바른 자세를 유도하고 자세 분석 결과를 지속적으로 확인할 수 있는 웹 서비스를 제공한다.
  • 사용자의 자세 이미지에서 추출한 눈, 코, 어깨 좌표를 활용하여 바른 자세, 거북목 자세, 비뚤어진 자세 중 하나로 분류하는 자세 분류 모델을 구축한다.
  • 사용자가 바른자세 관리 웹 페이지에 접속 시 세 단계에 걸쳐 AI모드 기능을 제공한다.
    • 거리 조절 단계: 웹에서 라즈베리파이로 거리 조절을 요청하면 라즈베리파이에서는 거치대 하단 앞면의 초음파 센서를 통해 사용자와 거치대 간의 거리를 입력 받아 DC모터를 제어하여 사용자와 거치대 사이의 거리를 조절한다.
    • 높이 조절 단계
      • 노트북 카메라로 촬영한 이미지에서 추출한 눈의 y좌표 값으로 움직여야 할 높이 값을 계산한 후 그 값과 함께 라즈베리파이에 높이 조절을 요청한다.
      • 요청을 받은 라즈베리파이에서는 거치대 하단 중앙부에 거치대 상단을 바라보고 있는 초음파 센서를 통해 노트북의 현재 높이를 측정하고 움직여야 할 높이에 따라 리니어 액추에이터를 제어한다.
    • 자세 분류 단계:
      • 사전에 로드시킨 자세 분류 모델로 사용자의 자세를 분류하여 그 결과를 라즈베리파이에 전송한다.
      • 라즈베리파이는 전달된 자세 분류 결과에 따라 적절한 동작을 해 사용자가 바른 자세를 유지할 수 있도록 한다.
        • 자세 분류 단계에서 사용자의 자세가 거북목일 경우 DC모터를 제어해 전진 및 후진하여 사용자가 허리를 펴도록 유도한다.
        • 사용자의 자세가 비뚤어진 자세인 경우 거치대 하단 우측에 있는 LED를 점등시켜 사용자에게 자세가 바르지 않음을 경고하여 알려준다.
      • 이 과정을 사용자가 원할 때까지 반복한다.
    • 자세 분류 단계가 끝난 후 사용자는 본인의 자세 분석 결과를 볼 수 있으며 로그인 및 회원가입을 통해 해당 자세 데이터를 저장할 수 있다.
  • 회원 정보와 자세 분석 결과는 백엔드 서버를 통해 DB에 저장되며, 웹 애플리케이션에 접속해 로그인한 유저는 본인의 자세 분석 결과를 일간/주간 단위로 확인할 수 있다.

4. 활용방안

• 현대 사회는 라이프스타일 변화와 노트북 사용량의 증가로 인해 거북목 증후군과 관련된 문제가 증가하고 있는 상황이다. 많은 사람들이 노트북을 장시간 사용하며 바른 자세를 유지하기 어려운 상황에 직면하고 있으며 이에 따라 바른 자세를 유지하고 건강한 노트북 사용을 위한 솔루션에 대한 수요가 높아질 것으로 예상된다.

  노트북 거치대 시장은 이미 큰 관심을 받고 있으며, 거치대를 통해 바른 자세로 노트북을 사용할 수 있다는 장점을 인식하고 있는 사용자들이 많다. 특히 거북목 교정이나 자세 개선을 목표로 하는 사용자들이 바른 자세를 잡을 수 있는 거치대를 구매하고자 하는 경향이 있다.

• 기존의 노트북 거치대에 딥러닝을 결합한 본 제품은 사용자의 바른 자세 유지를 실시간으로 도와주는 혁신적인 솔루션으로, 사용자의 건강과 편의성을 더욱 개선시킬 수 있다. 이러한 기술과 기능이 결합된 제품은 노트북 사용자들 사이에서 큰 관심을 받고 수요가 높아질 것으로 예상된다. 바른 자세 유지와 관련된 건강 문제의 중요성이 인식되고 있는 현 시대상에 따라 장시간 노트북을 사용하는 학생이나 직장인을 대상으로 사업화하면 수요가 있을 것으로 예상된다.