"또바기"의 두 판 사이의 차이
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| + | *UI / UX의 경우 관련 애플리케이션 디자이너분의 검토 후 조언을 받아 진행 | ||
| + | *음성인식의 경우 3(삼), 4(사) 와 같은 한자리 숫자들이 다른 단어에 비해 저조한 인식률을 보였으나 해당 단어에 대해 정답 인식 범위를 조정하여 현재 90% 이상의 인식률을 보임 | ||
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| + | :*처음 사용하는 프레임워크로 및 언어 사용에 비해 시간적 자원의 부족 | ||
| + | :*백엔드와 프론트엔드간의 연결 | ||
| + | :*최초 설계에 비해 개발 진행 중 서버, 애플리케이션, UI를 포함한 모든 단에서 지속적인 변화 | ||
| + | :*구현 이전에 애플리케이션의 세세한 부분까지 클래스 다이어그램을 제작하는 것이 난해함 | ||
| + | :*외부 API 이용시 기능이 제대로 작동하지 않을 경우와 관련 정보가 적음 | ||
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| − | + | *향후 계획 | |
| − | + | :*리팩토링 | |
| + | :*트래픽 관리를 위해 AWS로의 서버 이전 또는 Heroku의 더 높은 플랜 사용하기 | ||
2022년 6월 20일 (월) 00:31 기준 최신판
프로젝트 개요
기술개발 과제
국문 : 시니어 대상 인지기능 강화를 위한 치매 예방 Application 개발
영문 : Dementia Prevention Application for Seniors
과제 팀명
또바기
지도교수
최* 교수님
개발기간
2022년 3월 ~ 2022년 6월 (총 4개월)
구성원 소개
서울시립대학교 컴퓨터공학부 20179200** 김*민(팀장)
서울시립대학교 컴퓨터공학부 20179200** 박*빈
서울시립대학교 컴퓨터공학부 20179200** 진*민
서울시립대학교 컴퓨터공학부 20189200** 김*닐
서론
개발 과제의 개요
개발 과제 요약
- 치매 예방을 위한 인지능력 강화 Application 개발을 목적으로 하며 이는 다양한 퀴즈와 오락성 컨텐츠로 구성된다.
- 간이 인지선별검사 기능을 제공한다.
개발 과제의 배경
- 2021년 기준 60세 이상의 노인인구는 약 12,575,641명으로 고령화 사회가 한창 진행중인 우리나라에서 전체 인구에 대한 노인인구의 비율은 계속 증가해 나아갈 것으로 보인다.
- <그림 1. 고령자 1인 가구 증가 추세, 출처 : 통계청 2021 고령자통계>
- 2021년 60세 이상의 인구 중에서 추정 치매 환자 수는 910,726명으로 이는 해당 인구에서 7.24%를 차지한다. 이에 따른 치매관리비용은 약 19조원에 달한다고 한다.
- 식이요법과 운동 등을 통해 발병 위험을 낮출 수도 있지만 뇌세포를 지속적으로 자극시켜주는 지적 활동 또한 치매 예방에 큰 도움을 줄 수 있다.
- 10만회 이상의 다운로드 수를 기록한 보건복지부의 [치매체크] 어플리케이션을 분석해 보았을 때 발견한 문제점은 다음과 같았다.
- 어르신들께서 큰화면으로 편히 사용하실 수 있도록 태블릿을 이용하려 하였으나 기기호환이 되지 않았다.
- 네트워크 상태에 따라 어플리케이션이 강제종료되는 경우가 다수 발생한다.
- 어르신들께서 사용하시기에는 매번 로그인해야되는 시스템이 불편하다.
- 똑똑한 뇌운동 탭이 존재하지만 뇌운동에 도움을 주는 문제에 관한 PDF와 관련 영상 링크만 존재할 뿐 해당 앱 내에서 퀴즈/오락을 통해 두뇌 트레이닝을 할 수 있는 기능은 존재하지 않았다.
- 치매예방용 두뇌운동 게임들의 리뷰를 보았을 때 텍스트의 크기, 텍스트 깨짐, 텍스트 밀림, 어플리케이션 강제종료 등 텍스트와 애플리케이션의 불안정성이 문제의 대부분을 차지하였다.
- 이러한 문제점들을 보완한다면 큰 화면, 큰 텍스트의 태블릿 환경에서도 지적 운동을 통한 치매예방이 가능할 것이다.
- 주요 어플 이용 대상이 노령 인구인점을 고려하여, 소리뿐만 아니라 사운드 구현에도 큰 소리로 구현하여, 청취 능력에 어려움이 있을 수 있는(청력 소실로 인해 보청기를 사용해야만 하는 노령 인구)유저에 대해 정확하게 배려하는 어플이 부족한걸로 보인다.
- 안타깝게도 노인 인구에 대해서만 증가 추세에 있을 뿐만 아니라, 치매의 발병에 관해서도 달라진 생활 환경에 따라서 점진적인 증가추세를 보일 것으로 예측되고 있다.
개발 과제의 목표 및 내용
- 강화하고자 하는 영역에 따라 제시하는 퀴즈의 유형이 달라진다.
- 지남력, 계산력, 작업기억, 시공간능력, 전환능력, 주의집중역, 순서결정력, 언어능력, 소근육운동기능, 집행기능, 정서자극, 억제력, 정신운동속도 등
- 문제 유형에 따라 음성인식, 그리기 등의 기능이 가능해야 한다.
- 다른 어플리케이션과 달리 사용자가 이해하기나 쓰기에 더 편하게 만들고 나이에 상관 없이 모두 다 편하게 쓸 수 있다.
- 어르신들께 친숙한 화투 등을 활용해 게임에 더 몰입할 수 있게 만든다.
- 오답을 기재했을 때 틀렸다는 메시지가 나타나는 것을 지양하여 게임에서 부정적인 경험을 최소화하고 흥미를 오랫동안 유지할 수 있게 한다.
- 여러가지 훈련을 번갈아가며 수행하여 수행능력을 극대화시키는 등의 효과를 위하여 랜덤적으로 훈련을 제시해줄 수 있게 한다.
- 인지선별검사기능을 제공한다.
- 검사 결과에 따라서 저위험군의 경우에는 칭찬과 함께 다양한 컨텐츠의 추천을 제공하고 치매 위험군의 경우에는 부족한 영역과 관련된 게임을 추천하는 한편 보호자 혹은 기관에 알림을 전송한다.
관련 기술의 현황
관련 기술의 현황 및 분석(State of art)
- 전 세계적인 기술현황
- 음성 인식 기술의 경우 현재 Amazon, Google 등의 회사가 압도적인 사용자 수를 이용해 데이터를 쌓아올려 만든 기능을 API 형태로 외부에 제공하고 있다. 또한 한국에서도 Kakao가 수많은 유저층을 기반으로 만든 음성인식 API를 돈을 받고 제공하는 형태로 존재한다.
- AI 스피커를 이용한 시장에서의 노인층 공략은 현재진행형이며 SKT, KT등에서 AI 스피커를 통해 AI 돌봄 서비스를 제공하고 있다. 지방자치단체 또한 독거노인을 대상으로 AI 스피커 보급에 힘쓰고있다.
- 다만 디스플레이가 도입되어 있는 AI스피커는 그렇게 많지 않으며, 노인들을 위한 큰 디스플레이를 장착한 AI스피커는 더 그 가짓수가 적다.
- 특허조사
- (특허문헌 0001) 한국등록특허 제10-125908호 - 치매 예방 인지 훈련 관련 특허
- 한국등록특허 (등록번호)10-2018-0038604 - 음성 인식 장치 관련 특허
- 특허 공개번호 10-2008-0084873 - 치매 예방 게임 시스템
- 특허전략
- 치매 예방 훈련(게임)의 알고리즘에 관련된 특허
- 인지능력 게임 점수를 이용해 사용자의 현재 상태에 대해서 분석하는 알고리즘에 대한 특허
- 음성인식의 정밀도를 올려줄수 있는 특허
- 인지능력 변화에 대해서 감지할 수 있는 기술에 관련된 특허
- 기술 로드맵
시장상황에 대한 분석
- 경쟁제품 조사 비교
- 어르신들의 경우, 일반적으로 시력, 청력에 관한 불편함이 있을 수 있기 때문에, 글자크기와 소리를 일반적인 어플보다 크게 만들어야 할 필요가 있다.
- 같은종류의 훈련을 반복적으로 수행 시, 치매 예방 효과가 처음에 비해서 경감될 수 있으므로 2가지 종류 이상의 훈련을 수록하여, 실제로 훈련 시 여러 가지 훈련과제를 번갈아가며 수행함에 따라서 훈련 효과의 극대화를 기대해 볼 수 있다.
- 훈련결과 득점정보와 리더보드 기능 등을 통해서 , 현재 훈련의 효과와 훈련 과정 경과에 따른 암기 및 인지능력의 향상을 시각화 할 수 있으며, 점수 등의 결과를 통해서 실제 훈련을 받는 사람에게 성취감과 도전의식 자극같은 긍정적인 효과를 기대할 수 있다.
- ‘치매예방 두뇌운동’제품의 경우 오답시 커다란 X표시와 함께 오답이라는 문구가 출력되지만 이는 어르신들의 자신감 하락과 우울을 유발할 수 있을 위험이 존재하므로 이러한 방법을 지양해야 한다.
- 마케팅 전략 제시
- SWOT 분석
- Strengths(강점)
- 치매 위험 나이대에 계신 노인분들께 친숙한 UI, 적절한 난이도, 간단한 조작 방법을 제공하여 기존 두뇌 훈련 게임들에 비해 차별화된 전략을 꾀한다.
- 현재까지는 제품군이 다양하지는 않은 디스플레이형 인공지능 스피커를 이용하기에 동일 제품군 내에서는 다양한 치매관련 기능으로 우위를 점하기 용이하다.
- Weaknesses(약점)
- 10.1 인치 디스플레이를 사용하지만 화상 키보드를 사용해야하는 상황에서는 어르신들께서 불편함을 느끼실 가능성이 높다.
- Opportunities(기회)
- 10.1인치 태블릿에서의 구동을 최종적 목표로하여 UI의 유동성 측면에서 부담이 줄어들 것으로 예상된다.
- 인공지능 스피커라는 점을 이용하여 시각적으로나 신체적으로도 불편한 상황에서 음성으로 모든 기능을 명령하게 구현하면 약점을 보완할 수 있다.
- Threats(위협)
- 하드웨어적 성능이 더 뛰어난 태블릿에서 치매예방프로그램을 무상으로 제공하는 경우 혹은 공신력이 있는 보건복지부에서 단점보완과 기능개선을 한 새로운 어플리케이션 출시 시 경쟁상대가 될 위협이 존재한다.
개발과제의 기대효과
- 해마다 노령 인구의 비율이 증가하고 있기 때문에, 현재 치매는 대한민국 사회에 있어서 굉장히 치명적인 질병이라고 할 수 있다. 그러므로 치매의 예방 및 중증으로 심화를 방지할 수있는 어플리케이션이 개발된다면, 사회 전반에 걸쳐 긍정적인 효과를 기대할 수 있다.
- 노인인구가 증가함에 따라서 가족차원에서, 추가로 사회차원에서 증가해야하는 의료적 비용의 부담이 점점 불어나고 있기 때문에 개인차원에서 어플리케이션을통한 훈련으로 치매에 대한 예방 및 치료 효과를 얻을 수 있다면 사회 전반적인 (복지)비용에대해 긍정적이다.
- 치매에 국한되지 않고, 통합적 인지 능력을 향상시키는 것을 목적으로 하는 어플리케이션이기 때문에 치매예방을 위해 노령인구에만 사용하는것에 그치지 않고 인지능력 훈련을 필요로 하는 아동 및 장애인의 재활 훈련 등에도 사용 될 수 있다.
- 개발된 어플이 유의미한 결과를 얻을 수 있을 경우, 실질적인 의료 기관 및 공공기관에서 치료에 사용할 수 있다. 이렇게 사용될 경우 공공의료 비용 및 사설 병원에서도 치매 치료 관련 비용적인 효과를 기대해 볼 수 있다.
- 치매선별 검사를 통해 치매의 중증도를 대략적으로 추측할 수 있으며 그 결과에 따라 부족한 영역에 따라 관련 게임을 권유함과 동시에 보호자 및 기관에서 그 결과를 모니터링할 수 있게 하여 적절한 조치를 취하는 것이 가능하다.
기술적 기대효과
- 기존에 존재하는 치매 예방 앱의 경우, 전체적인 완성도가 많이 떨어지는 앱이기 때문에 해당 프로젝트에서는 UI/UX를 유저 친화적으로 개발하여 완성도를 높이는데에 주력한다.
- 인공지능, 음성인식 분야에서 데이터 수집은 높은 완성도에 필수적인 요소이다. 본 프로젝트에서는 Google에서 제공하는 음성 인식 기능을 사용하지만 실제 기업에서 기업에서 사용하는 음성인식 API로 이 어플리케이션을 사용하게 되면 노인 인구의 음성 인식 데이터를 전반적으로 수집 가능하므로 음성 인식의 퀄리티 또한 높아질 것이라고 기대할 수 있다.
경제적, 사회적 기대 및 파급효과
- 우리나라는 2021년 기준으로 65세 이상 노인 인구는 857만 7830명 추정 치매환자는 886,137명(평균 치매유병률 10.3%)으로 2024년 100만 명, 2039년 200만 명, 2050년에는 300만 명을 넘어설 것으로 예상되고 있다. 이에 따른 치매관리비용은 약 19조원에 달한다고 한다.
- 다가오는 고령화 사회에서 점점 늘어날 노인 인구와 치매 환자에 대비해 인지능력 향상을 통한 치매 예방 프로젝트는 필수적일 것으로 보인다.
- 복지부에서 2021년 전반적인 치매 관리에 소요되는 예산이 2,047억원으로 확정됐다. 전년보다 158억원이 늘어난 규모며, 당초 정부가 제시했던 계획보다도 5억7,000만원이 늘었다. 3일 복지부에 따르면, 2021년 치매관리체계구축에는 2,047억4,100만원이 배정됐다
- 이 프로젝트를 통해 치매 환자가 유의미하게 줄어들고, 관리할 수 있는 체계가 구축된다면 예산을 더욱 더 효율적으로 사용할 수 있고 치매에 경제적으로, 그리고 가족을 잃게 되어 고통받는 가구의 수를 줄일 수 있을 것이다.
기술개발 추진체계
구성원 및 추진체계
- 김*민
- PM
- UI / UX 구성
- 음성인식, TTS 담당
- 놀이 문제 제작
- 진*민
- 백엔드 API 서버 설계 / 구축
- MySQL 설계 / 구축
- 박*빈
- 애플리케이션 설계 / 구축
- 김*닐
- 놀이 문제 설계
- 놀이 및 간이 인지 선별 검사 데이터 수집
설계
설계사양
제품의 요구사항
설계 사양
내용
개념설계안
- 타 앱과의 비교
- Lumosity
- 장점
- 분야별로 게임이 나누어져 있어 사용자가 원하는 분야(기억력, 속도등)를 집중적으로 연습가능하다. 게임마다 설명이 그림과 함께 제공되어 이해하기에 용이하며 자신의 트레이닝 달력을 통해 활동내역을 확인할 수 있다.
- 단점
- 깔끔하고 정돈된 UI를 채택하고 있지만, 시니어를 대상으로 만든 앱이 아니기에 전체적으로 글씨가 매우 작게 이루어져 있다. 또한 오답 시 커다란 X표시가 나타나 일부 사용자 층에서는 자신감 하락을 유발할 가능성이 있다. 추가 게임 등의 다양한 기능을 사용하고자 할 경우 월정액을 지불해야 한다.
- Neuronation
- 장점
- 깔끔하고 모든 동작이 애니메이션으로 이어져 부드러운 느낌을 유지한다. 신체와 정신을 환기시켜주는 체조와 호흡법 등을 소개하며 게임 결과를 다양하게 분석해 한눈에 보기 쉽게 제공한다. 여러가지 그림을 통해 훈련에 관한 도움말을 제공하며 자신이 설정한 시간에 따라 훈련 알림을 표시한다.
- 단점
- UI가 깔끔하나 시니어를 대상으로 만든 앱이 아니기에 글자와 버튼 크기가 작다. 또한 플래시 메모, 알파벳 수프 등 외국어로 적힌 게임 이름이 많아 게임 내용을 직관적으로 이해하기 난해할 가능성이 있다. 소수의 무료게임이 제공되지만 나머지 게임을 이용하기 위해선 추가적으로 과금이 요구된다.
- 치매체크
- 장점
- 공신력있는 단체인 보건복지부에서 제작한 앱으로 배회감지 서비스, 치매 백과 등 여러가지 기능을 제공하고 있다. 치매위험체크 항목의 경우 모든 문항이 음성으로도 안내되는 기능이 있다.
- 단점
- 치매 검사기능인 치매위험체크 항목이 존재했으나 CIST 검사지의 문항과는 별개의 문항이였으며 자판을 이용해 주관식 답안을 제출해야 하는 문제들이 존재하였다. 뇌 건강 트레이너라는 항목이 존재하나 자체 게임을 통한 훈련이 아닌 단순 인지능력 강화 활동에 관한 PDF나 동영상으로의 링크로서의 기능만 존재하였다. UI의 경우 글자크기 조절기능이 존재하나 최대 글자크기로 설정하여도 여전히 작다.
본 프로젝트에서 개발할 앱이 가지는 장점
지원하는 언어는 한글을 기본으로 하며 익숙한 글꼴과 넉넉한 글자 크기 등을 통한 사용자 중심의 UI / UX 설계를 적용하였다.
음성인식기능을 지원하여 신체적 제약이 따르는 사용자도 이용이 가능하다.
예상되는 주 사용자층은 중증치매 환자분이 아닌 치매 초기증상을 겪고 있거나 치매 예방에 관심을 갖고 계신 층으로 다양한 분야별 게임을 통한 인지능력 강화 훈련을 할 수 있다.
단순 인지기능 강화 오락 앱과는 달리 한국형 치매선별 검사지(CIST)를 바탕으로 한 간이 치매검사 기능을 통하여 의사의 치매 진단 시 참고 자료로 활용 가능성이 있으며 원격진료 등 다양한 방법으로 활용할 수 있는 가능성이 존재한다.
인지기능 강화 놀이와 간이 치매검사의 결과는 보호자의 카카오톡으로 전송되어 피보호자의 활동내역을 확인하는 것이 용이하다.
상세설계 내용
기능 구현을 위한 세부기술 선택사항
- 음성인식
- 시니어 유저들을 위해 Speech-to-Text(음성인식) 기능을 앱에 추가한다.
- 현재 음성인식 API는 Google, Amazon, Kakao 등에서 제공하고 있으므로 이를 이용하여 개발한다.
- 본 프로젝트에서는 구글에서 제공하는 API인 Cloud Speech API 서비스를 사용하도록 한다
- 어플리케이션 개발
- 어플리케이션 개발은 AI스피커가 안드로이드 기반으로 작동하기 때문에 Android Studio에서 개발한다.
- 언어는 JAVA와 Kotlin중 JAVA를 사용하여 개발한다.
- 시니어 친화적 UI/UX 디자인 기술
- UI / UX를 주 사용층이 시니어 유저인 점을 고려하여 디자인 해야한다.
- KSA ISO/IEC Guide71(고령자와 장애인의 요구를 반영하기 위한 규격개발자 지침)을 반영하여 디자인한다.
- 단기 기억을 보조하기 위해 문제 설명 다시 듣기 설명 및 특정 문제에 대한 해결방안의 반복적 제공
요구사항을 위한 기능 정의
- 유스케이스 다이어그램
- 유스케이스 명세
시스템 설계
- Node.js 기반 백엔드 서버를 사용해 MySQL 서버와 Android Application 간의 데이터를 조율하고, 데이터 처리를 담당한다.
- Nest.js 프레임워크를 이용해 Application과 MySQL를 이을 REST API를 구성한다.
- 백엔드 서버와 MySQL은 TypeORM을 이용해 연결한다.
- Deploy는 개발 단계에서는 Heroku를 사용한다.
- 대체제로 AWS EC2 프리티어를 사용할 수 있다.
- Node.js 서버 테스트는 Insomnia를 이용해 REST API가 제대로 작동하는지 확인한다.
이 프로젝트는 MVC(Model, View, Controller) 모델을 기반으로 제작되며 View는 Android Application, Controller와 Model은 Node.js와 MySQL을 이용해 구현된다. 이는 프론트엔드와 백엔드간 작업을 분리하여 작업 효율성을 증진시키는 데에 의미가 있다. 본 프로젝트의 경우 Android에서 작동하는 다양한 게임 알고리즘이 존재할 수 있기 때문에 완벽히 View로 분리되었다고 볼 수는 없다. 다만 이렇게 나눈 이유는 한 인원이 JAVA와 Node.js를 둘 다 깊게 공부할 필요를 줄여 작업 피로도를 최소화하기 위함이다. Node.js 프레임워크는 Nest.js를 이용하여 실시한다. 이는 Android와 REST API 통신을 하기 위함이다. Android 자체로도 MySQL 서버와 통신이 가능하나 좀 더 보안성을 지키는 연결을 위해 Nest.js를 거쳐서 통신하게 한다.
소프트웨어 설계
- 배치 다이어그램
- 패키지 다이어그램
- 클래스 다이어그램
- 애플리케이션
- 백엔드
- 시퀀스 다이어그램
- 로그인
- 회원가입
- 회원정보 수정
- 기록 확인
- 놀이 추천 받기
- 놀이 선택하기
- 인지선별검사
- PlayActivity에 대한 상태다이어그램
- UI Flow Chart
- Entity Relationship Diagram
- DB Table
컨텐츠 설계
- 선별검사 예시
- 인지능력 강화훈련 컨텐츠 설계
결과 및 평가
완료 작품의 소개
최종 결과물 시연 및 사용 매뉴얼
- 시연 영상
- 제품 매뉴얼(소개, 설치, 실행)
완료작품의 평가
- UI / UX의 경우 관련 애플리케이션 디자이너분의 검토 후 조언을 받아 진행
- 음성인식의 경우 3(삼), 4(사) 와 같은 한자리 숫자들이 다른 단어에 비해 저조한 인식률을 보였으나 해당 단어에 대해 정답 인식 범위를 조정하여 현재 90% 이상의 인식률을 보임
향후계획
- 어려웠던 점
- 처음 사용하는 프레임워크로 및 언어 사용에 비해 시간적 자원의 부족
- 백엔드와 프론트엔드간의 연결
- 최초 설계에 비해 개발 진행 중 서버, 애플리케이션, UI를 포함한 모든 단에서 지속적인 변화
- 구현 이전에 애플리케이션의 세세한 부분까지 클래스 다이어그램을 제작하는 것이 난해함
- 외부 API 이용시 기능이 제대로 작동하지 않을 경우와 관련 정보가 적음
- 향후 계획
- 리팩토링
- 트래픽 관리를 위해 AWS로의 서버 이전 또는 Heroku의 더 높은 플랜 사용하기
