수면 환경에서 발생하는 수면 무호흡에 의해 발생하는 소음을 능동적으로 제어하면서 수면 진단도 함께 할 수 없을까?
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수면 무호흡으로 인해 발생하는 소음으로 단체 생활에서 수면의 질 하락이 우려됨.
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수면 환경에서 수면에 방해 받지 않도록 신체 부착 없이도 소음을 감소시킬 수 있는 장치가 필요함.
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실제 일상 환경에서 2개 이상의 소음원에 대해서도 정상적으로 작동할 수 있는 시스템 필요함.
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소음 제어와 더불어 수면 진단 시스템을 함께 활용하여 시스템 사용자 뿐만 아니라 수면 무호흡 인원에게도 도움 제공이 필요.
기존 방식의 문제점
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신체 부착을 통한 물리적 차폐 방식의 경우 수면을 방해할 수 있고, 통증이 발생할 수 있음. 또는 필연적으로 옆 인원과 공간 분리가 되기도 함.
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백색소음 등의 음원 재생의 경우 지속적으로 변화하는 수면 무호흡 소음에 실시간으로 대응할 수 없기 때문에 오히려 소음이 더 크게 느껴질 수 있음.
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이전 실험들은 무향실 등의 이상적인 공간에서 실험을 진행하여 실제 일상 환경에서의 정상 작동 여부가 불확실함.
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2개 이상의 소음원이 있을 때에도 시스템이 정상적으로 작동하여 소음 제어가 되는지 불확실함.
핵심 아이디어
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Filterd-X LMS 알고리즘을 적용하여 지속적으로 변화하는 소음에 맞게 계속 수렴할 수 있는 시스템 구축.
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파라미터 및 주요 하드웨어 간의 거리를 계속 조절하면서 반복적으로 실험을 진행하여 최적의 결과를 얻을 수 있도록 함.
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시스템의 일상 환경 적용을 고려하여 Reference microphone의 위치를 헤드보드 혹은 침대 끝 거치대에 거치할 수 있도록 함.
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소음원이 2개일 때 'ㄱ'자 혹은 일자 등의 다양한 상황을 가정하여 최적의 결과를 얻을 수 있도록 주요 요소를 변경하며 반복적인 실험 진행.
활용된 핵심 기술 또는 이론
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제어공학 기반의 Filterd-X LMS 알고리즘을 제어 시스템에 적용.
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MATLAB 등의 공학적인 tool을 활용하여 제어 시스템 구축 및 작동.
기존 방식과의 차별성
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무향실 등의 제한된 공간이 아닌 실제 일상 소음이 발생하는 환경에서 실험 진행.
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시스템 사용자의 동선을 방해하지 않고, 충분히 거리를 확보하여 수면을 최대한 방해하지 않도록 함.
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수면 진단 시스템을 활용하여 수면 정보에 대한 진단을 제공할 수 있음.
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2개 이상의 소음원에서 충분히 구동되므로 단체 수면 환경에서 사용할 수 있음.
문제 해결 과정
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주제 선정 및 이론 학습 : 수면 환경에 대한 능동 소음 제어 및 Filterd-X LMS 알고리즘 학습과 블록도 작성.
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실험 준비 및 환경 세팅 : MATLAB을 활용하여 시스템을 시뮬레이션한 이후 주요 하드웨어를 실제 환경과 유사하게 배치 및 세팅.
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실험 진행 및 데이터 분석 : 병실, 기숙사 등의 타겟 환경에 맞게 실험 레이아웃을 변경하면서 최적의 결과를 획득할 때까지 반복적으로 실험 진행.
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전과정 평가 및 결론 : 소음이 충분히 저감되는 유의미한 결과를 획득하였으며, 추후 일원화된 모듈로 제작할 경우 시장에서 충분히 경쟁력 있다고 평가됨.
최종 사용자
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단체 생활에서 수면 무호흡 인원의 소음으로 인해 수면을 방해 받은 인원.
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수면 환경에서 소음 제어 뿐만 아니라 수면 무호흡 의심 인원에 대한 진단을 원하는 인원.
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일정한 소음 뿐만 아니라 지속적으로 변화하는 소음에 대해서도 감소를 원하는 인원.
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수면 중 소음이 발생하는 환경에 있지만 신체 부착 장치로 인해 수면을 방해 받는 인원.
기대효과
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신체와 충분히 거리를 두고도 소음이 유의미하게 감소되므로 수면의 질 향상.
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수면 무호흡 정보에 대한 진단을 받을 수 있기 때문에 고 비용 및 시간 투자 없이도 AI 기반의 검사 가능.
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실제 환경과 소음에 맞게 계속해서 시스템이 적응할 수 있으므로 시스템의 범용성이 넓고 다양하게 쓰일 수 있음.
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침대 헤드보드로의 시스템 일원화를 통해 실제 수면 공간에 큰 제약을 받지 않고도 사용할 수 있음.
참여 정보
팀명
숨쉬조
수강 교과목
심화종합설계
지도 교수
오동호
참여 개발자
김범준(기계공학부), 강민형(기계공학부), 김재현(기계공학부), 김지호(기계공학부)
