수면 진단 시스템을 활용한 능동 소음 제어

수면 진단 시스템을 활용한 능동 소음 제어

수면 환경에서 발생하는 수면 무호흡에 의해 발생하는 소음을 능동적으로 제어하면서 수면 진단도 함께 할 수 없을까?

수면 무호흡으로 인해 발생하는 소음으로 단체 생활에서 수면의 질 하락이 우려됨.

수면 환경에서 수면에 방해 받지 않도록 신체 부착 없이도 소음을 감소시킬 수 있는 장치가 필요함.

실제 일상 환경에서 2개 이상의 소음원에 대해서도 정상적으로 작동할 수 있는 시스템 필요함.

소음 제어와 더불어 수면 진단 시스템을 함께 활용하여 시스템 사용자 뿐만 아니라 수면 무호흡 인원에게도 도움 제공이 필요.

기존 방식의 문제점

신체 부착을 통한 물리적 차폐 방식의 경우 수면을 방해할 수 있고, 통증이 발생할 수 있음. 또는 필연적으로 옆 인원과 공간 분리가 되기도 함.

백색소음 등의 음원 재생의 경우 지속적으로 변화하는 수면 무호흡 소음에 실시간으로 대응할 수 없기 때문에 오히려 소음이 더 크게 느껴질 수 있음.

이전 실험들은 무향실 등의 이상적인 공간에서 실험을 진행하여 실제 일상 환경에서의 정상 작동 여부가 불확실함.

2개 이상의 소음원이 있을 때에도 시스템이 정상적으로 작동하여 소음 제어가 되는지 불확실함.

핵심 아이디어

Filterd-X LMS 알고리즘을 적용하여 지속적으로 변화하는 소음에 맞게 계속 수렴할 수 있는 시스템 구축.

파라미터 및 주요 하드웨어 간의 거리를 계속 조절하면서 반복적으로 실험을 진행하여 최적의 결과를 얻을 수 있도록 함.

시스템의 일상 환경 적용을 고려하여 Reference microphone의 위치를 헤드보드 혹은 침대 끝 거치대에 거치할 수 있도록 함.

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

제어공학 기반의 Filterd-X LMS 알고리즘을 제어 시스템에 적용.

MATLAB 등의 공학적인 tool을 활용하여 제어 시스템 구축 및 작동.

기존 방식과의 차별성

무향실 등의 제한된 공간이 아닌 실제 일상 소음이 발생하는 환경에서 실험 진행.

시스템 사용자의 동선을 방해하지 않고, 충분히 거리를 확보하여 수면을 최대한 방해하지 않도록 함.

수면 진단 시스템을 활용하여 수면 정보에 대한 진단을 제공할 수 있음.

2개 이상의 소음원에서 충분히 구동되므로 단체 수면 환경에서 사용할 수 있음.

문제 해결 과정

주제 선정 및 이론 학습 : 수면 환경에 대한 능동 소음 제어 및 Filterd-X LMS 알고리즘 학습과 블록도 작성.

실험 준비 및 환경 세팅 : MATLAB을 활용하여 시스템을 시뮬레이션한 이후 주요 하드웨어를 실제 환경과 유사하게 배치 및 세팅.

실험 진행 및 데이터 분석 : 병실, 기숙사 등의 타겟 환경에 맞게 실험 레이아웃을 변경하면서 최적의 결과를 획득할 때까지 반복적으로 실험 진행.

전과정 평가 및 결론 : 소음이 충분히 저감되는 유의미한 결과를 획득하였으며, 추후 일원화된 모듈로 제작할 경우 시장에서 충분히 경쟁력 있다고 평가됨.

최종 사용자

단체 생활에서 수면 무호흡 인원의 소음으로 인해 수면을 방해 받은 인원.

수면 환경에서 소음 제어 뿐만 아니라 수면 무호흡 의심 인원에 대한 진단을 원하는 인원.

일정한 소음 뿐만 아니라 지속적으로 변화하는 소음에 대해서도 감소를 원하는 인원.

수면 중 소음이 발생하는 환경에 있지만 신체 부착 장치로 인해 수면을 방해 받는 인원.

기대효과

신체와 충분히 거리를 두고도 소음이 유의미하게 감소되므로 수면의 질 향상.

수면 무호흡 정보에 대한 진단을 받을 수 있기 때문에 고 비용 및 시간 투자 없이도 AI 기반의 검사 가능.

실제 환경과 소음에 맞게 계속해서 시스템이 적응할 수 있으므로 시스템의 범용성이 넓고 다양하게 쓰일 수 있음.

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)

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충남대학교 산학연교육연구관 2층 C룸, 캡스톤디자인 운영지원실

문의

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042-605-3609,3610

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