스트레인 센서를 적용하여 패턴 인식에 의한 언어 번역을 수행하는 스마트 장갑 연구

Abstract

4차 산업과 함께 인간의 감각 모방과 웨어러블 디바이스에 대한 연구가 각광을 받고 있으며 사회적 약자의 어려움을 덜어주기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 논문에서는 청각장애인들의 의사소통 향상을 위해 composite 형태의 strain sensor를 제작하고 이를 사용하여 패턴 인식 방식을 통해 다양한 수화 번역을 수행 하는 스마트 장갑을 제작하였다.

본 연구에서 Strain sensor는 carbon black과 Dragon skin을 적용한 composite 형태로 신축성, 내구성, 전기적 신뢰성이 뛰어나며 carbon black의 농도를 변화시켜 sensitivity와 센싱 범위를 조절 할 수 있는 범용성이 있다. Sensor를 제작 하는 과정에서 공정 최적화를 통해 공정 시간을 절반 이상 단축하고 기존 strain sensor의 문제점인 uniformity를 개선하였다. 제작한 strain sensor는 dynamic 스트레인에 대해 구분이 가능하고 아주 작은 손가락 변형에서 최대 굽힘(100%)에 이르기까지 광범위한 스트레인 감지가 가능하다. 200% 스트레인으로 5000번 이상의 반복에도 파단이 없어 우수한 내구성과 일정하게 유지되는 전기적 특성으로 인해 우수한 신뢰성을 가진다. 제작한 strain sensor를 장갑에 부착하고 패턴 인식 방식을 적용하여 손가락 동작을 인식할 수 있는 수화 번역을 위한 스마트 장갑을 제작하였다. 청각장애인과 수화가 익숙하지 않은 일반인 사이의 원활한 의사소통을 위한 수화 번역 시스템은 Arduino와 Python을 활용하여 전체적인 신호의 ADC, 정확한 신호 처리와 1D-CNN 알고리즘을 설계하여 제작하였다. 그 결과 26개의 알파벳 수화 동작을 학습하고 98% 정확도로 예측하여 실시간으로 텍스트로 번역하는 과정을 성공적으로 수행하였다.