10조-The Linkers

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : 다이나믹 QR

영문 : Dynamic QR

과제 팀명

The Linkers..

지도교수

박찬희 교수님

개발기간

2025년 9월 ~ 2025년 12월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 기계정보공학과 20224300** 조*찬(팀장)

서울시립대학교 기계정보공학과 20204300** 김*윤

서울시립대학교 기계정보공학과 20184300** 변*영

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

본 과제는 라즈베리 파이와 매직미러(MagicMirror²) 플랫폼을 활용하여, 스마트 미러 화면에 렌더링된 정보를 사용자의 음성 명령을 통해 즉시 QR코드로 생성하여 개인 기기로 전송하는 새로운 방식의 스마트 미러를 개발합니다. 핵심 기능은 사용자가 거울을 보며 qr코드와 관련된 키워드와 qr로 만들고 싶은 페이지를 말하면, 시스템이 즉시 공유 가능한 QR코드를 화면에 띄워주는 것입니다. 이를 통해 스마트폰과의 연동이 어려웠던 기존 스마트 미러의 한계를 추가 하드웨어 비용 없이 해결하고, 사용자가 정보를 필요로 하는 바로 그 순간에 음성만으로 정보를 손쉽게 가져갈 수 있도록 구현하고자 한다.

개발 과제의 배경

개발 배경

기존 제품의 비싼 비용
- 단순형(LED·날씨 위젯) 스마트 미러: 20만~60만 원대
- 센서·헬스케어 기능 포함 고급형: 훨씬 고가(130만원)
- → 카메라·센서 생략 시 비용 절감 효과가 명확
시장 동향 분석 및 틈새 시장 발견
- 현재 상용 제품은 뷰티/헬스·욕실 특화 기능에 집중
- 스마트폰과의 정보 연동 허브형 제품은 부재 → 본 과제의 주제
QR 활용의 생활화
- 전 세계 모바일 사용자 중 약 84% 이상이 QR 코드 사용 경험이 있으며 ,
- 월 1회 이상 정기 스캔하는 사용자 비율도 꾸준히 증가 → QR 기반 정보 전달은 이미 보편적 습관.

개발 과제의 목표 및 내용

본 과제 '다이나믹 QR'은 라즈베리 파이와 매직미러 오픈소스 플랫폼을 기반으로, 사용자의 음성 명령에 실시간 반응하여 화면의 정보를 즉시 QR코드로 생성하고 개인 스마트 기기로 전송하는 스마트 미러 개발을 목표로 한다. 기존 스마트 미러가 가진 스마트폰과의 정보 단절 문제를 해결하기 위해, 사용자가 음성으로 QR 생성을 요청하면 해당 콘텐츠의 링크나 데이터를 즉시 화면에 표시한다. 또한, MediaPipe Face Mesh 라이브러리를 활용하여 사용자의 얼굴 위치와 3D 자세를 실시간으로 추적하고, 이 데이터를 서보모터로 전달하여 거울이 사용자를 능동적으로 따라 움직이게 함으로써, 사용자가 자세를 바꾸지 않아도 항상 최적의 시야를 확보할 수 있도록 사용성을 극대화한다.

관련 기술의 현황

관련 기술의 현황 및 분석(State of art)

전 세계적인 기술현황

스마트 미러

2025년 현재 전 세계 스마트 미러 시장은 기술적 성숙과 애플리케이션 확장이 교차하는 역동적인 단계에 있다. 시장은 자동차 부문처럼 이미 성숙 단계에 진입한 고부가가치 시장과, 가정용 및 리테일과 같이 높은 잠재력을 지닌 소비자 시장으로 양분되어 있다. 기술의 핵심 동향은 단순히 정보를 표시하는 것을 넘어, 사용자와 능동적으로 상호작용하도록 발전했다. 이는 아래와 같이 요약된다.

첫째, 터치스크린, 제스처 인식과 더불어 구글 어시스턴트와 같은 범용 AI 비서를 활용한 음성 제어가 결합된 다중 모드(Multimodal) 인터페이스가 표준으로 자리 잡고 있다. 둘째, AI와 AR 기술이 접목되어 AI 피부 분석, 가상 피팅, 실시간 피트니스 코칭 등 고도로 개인화된 경험을 제공하는 것이 핵심 경쟁력으로 부상했다. 마지막으로, 스마트 미러는 독립된 기기가 아닌 스마트홈 생태계의 일부로서 다른 IoT 기기들과 유기적으로 연동되어 제어 허브의 역할을 수행하는 것이 중요해졌다.

로봇 팔

2025년 기준 로봇팔 기술은 인공지능 통합, 초정밀 센서, 협동로봇, 경량화 및 모듈화, 실시간 자동화 제어 등의 방식으로 크게 발전해 있다. 이에 대한 자세한 설명은 아래와 같다. 첫째, 로봇팔은 AI 기반 실시간 영상 인식, 경로 계획, 작업 최적화 기능이 포함되어 적응성과 자율성이 향상되었고 예측 유지보수, 학습 기능도 확장되었다. 둘째, 사람과 안전하게 협업 가능한 로봇팔이 소형·저전력으로 발전, 중소기업과 의료·서비스 분야에서도 활용 증가. 손쉬운 프로그래밍과 안전 센서 내장으로 산업 전반 확대되었다. 셋째, 6축 힘/토크 센서, 햅틱 센서, LiDAR, 비전 센서 융합하여 초정밀 조작과 실시간 장애물 회피, 품질 검사 능력을 갖춤. 미니어처화 및 내구성도 크게 개선되었다. 넷째, 다양한 작업에 맞춘 커스터마이징이 용이해지고, 소형·경량 로봇팔이 드론, 모바일 로봇 등에 탑재되는 사례가 늘어났다. 마지막으로, 클라우드, IoT 및 엣지 컴퓨팅을 통한 원격 모니터링, 실시간 데이터 분석, 로봇공학-as-a-Service(RaaS)의 확산으로 비용 효율적인 운용 가능해졌다. 또한 응용 분야로는 자동차, 전자, 의료, 물류, 식품 등 다양한 산업 분야에서 전통적 조립부터 정밀 수술·검사까지 폭넓게 적용되고 있다. 특히 의료용 로봇팔과 스마트 협동로봇 시장이 빠르게 성장 중이다.

컴퓨터 비전 기술

컴퓨터 비전 기술의 주요기술 동향은 아래와 같다.

첫째, 전통적 CNN을 넘어 Vision Transformer 같은 첨단 신경망이 이미지 분류, 객체 인식 정확도를 크게 높였습니다. 생성적 적대신경망도 데이터 증강과 학습 효율 향상에 활용된다. 둘째, 스마트폰, 카메라 등 엣지 디바이스에서 실시간 비전 AI 처리가 가능해져 자율주행차, 스마트 시티, 보안 감시 등 즉각 대응이 필요한 분야에서 필수 기술로 자리잡았다. 셋째, 3D 컴퓨터 비전을 이용해 사물 및 공간의 깊이와 거리 정보를 정밀하게 분석하는 기술이 빠르게 발전해, 자율주행, 의료 영상, 증강현실(AR) 등에서 활용도가 증가하고 있다. 넷째, SSL 등 비지도 학습 기법으로, 방대한 라벨 없는 데이터에서도 효율적이고 정확한 학습이 가능해졌다.

해당 기술의 주요 응용 분야는 자율주행 및 로봇, 의료·헬스케어, 산업 자동화, 소매·물류이다.

특허조사 및 특허 전략 분석
- Full display mirror actuator (US9694752B2) : 차량용 후사경(리어뷰 미러)에서 거울(반사판)의 각도를 기계적으로 회전시키고, 두 가지 다른 위치에 안정적으로 고정할 수 있는 구조적 장치
- Smart mirror system and methods of use thereof(US11819108B2) : 스마트 미러에서 카메라 영상으로 사용자를 실시간으로 보여주면서, 특정 물체(사람이나 다른 개체)를 인식해 영상 표시 내용을 동적으로 조절하는 기능을 구현
- Smart mirror(US10318145B2) : 일방향 반사 거울을 통해 거울과 디스플레이를 동시에 구현하는 스마트 미러이며, 카메라로 사진을 찍어 저장 후 재생 가능하고 터치 인터페이스로 사용자와 상호작용하는 형태의 시스템 구성
- 특허전략 : 본 프로젝트의 핵심 특허는 음성인식, CV과 같은 개별 기술이 아닌, 컴퓨터 비전으로 사용자의 얼굴의 자세와 위치를 계산하여 그 값에 따라 물리적으로 움직이는 스마트 미러가, 사용자의 음성 명령을 인지하여 현재 디스플레이 문맥과 관련된 정보를 QR코드로 생성하고, 이를 통해 개인 기기와 상호작용하는 시스템에 있다. 이처럼 여러 기술을 조합하여 만들어낸 새로운 시스템에 대해 권리로 확보하는 것을 목표로 한다.

기술 로드맵

시장상황에 대한 분석

경쟁제품 조사 비교
- 플래누리 스마트미러
  - 가격 : 100만원~200만원
  - 핵심 기능 : 실시간 날씨, 뉴스, 일정 음성인식(Google Assistant 연동) IoT 디바이스 제어 건강/뷰티 관리
- 웰스 스마트미러
  - 가격 : 130~150만원
  - 핵심 기능 : 뷰티/헬스케어 기능 멀티미디어 기능 실시간 정보 표시 AI 피부 진단
- 대림바스 팬텀스퀘어
  - 가격 : 38만원
  - 핵심 기능 : 블루투스 스피커 김서림 방지 LED 조명

위에서 볼 수 있듯이, 주로 기존에 팔리고 있는 스마트 미러 제품들은 B2B제품들이거나 헬스케어 같은 분야에 치중된 제품이다 보니 디스플레이가 큰 스마트 미러들이 주를 이루고 있고 여러 기능을 포함하고 있어서 이로 인해서 고가의 가격을 형성하고 있다. 이로 인해서 일반적인 소비자들 입장에서는 헬스케어라는 분야가 한정적이기도 하고 비용조차 개인이 부담하기에는 쉽지 않으니 스마트 미러는 B2C로의 판매는 잘 일어나지 않았다. 또한 위의 대림바스 팬텀스퀘어처럼 저가의 상품도 있으나 인터넷 연결이 불가능하여 스마트 기능이라고 보기 어려운 편의 기능만을 제공하여서 소비자의 구매욕구를 충족하기에는 부족하다. 이에 반해 '다이나믹 QR'은 사용자가 음성으로 요청하는 모든 정보를 즉시 QR코드로 변환하여 개인 기기로 전송하는 독창적인 정보 연동 방식은 경쟁 제품들이 해결하지 못하는 디스플레이 정보와 개인 기기 간의 단절 문제를 해결하는 핵심적인 차별점이다. 또한 우리의 제품은 헬스케어와 같은 특정 분야에 집중하기보다는 보다 보편적인 분야의 스마트 미러를 택해서 많은 사용자 층을 확보하고자 하였다.

마케팅 전략 제시
- Strength (강점)
  - 독창적 UX : 기존에 있는 음성인식과 이를 통해서 기존의 것인 QR를 생성해서 사용자가 정보를 곧바로 얻을 수 있도록 하는 새로운 시스템이라는 점에서 독창적인 UX를 제공한다고 볼 수가 있고 이에 더해 사용자의 얼굴의 위치와 자세에 맞춰 스마트 거울이 이동하도록 하여서 UX를 더욱 높이는 데 집중하였다.
  - 범용적인 분야 : 기존에 다른 제품들은 헬스케어와 같은 특정한 분야에 집중하여서 일반적인 소비자들의 집중을 이끌어 내지 못한 반면 해당 스마트 미러는 특정 분야에 종속되지 않고 일반 사람들이 보편적으로 필요한 부분에 집중하였기에 보다 많은 소비자층을 타겟팅 할 수가 있다.
- Weakness (약점)
  - 오픈소스 의존성 : MediaPipe (컴퓨터 비전), Google Assistant API (음성 인식), MagicMirror² (스마트 미러 프레임워크), 각종 QR 코드 라이브러리 등 다수의 핵심 기술 스택을 오픈소스 플랫폼에 의존하고 있다. 이로 인해 지속 가능성 및 유지보수 불확실성을 갖고 있고 기능 확장 및 커스터마이징의 한계가 존재하고 성능 및 효율성 제어의 어려움이 존재한다.
- Opportunity (기회)
  - QR코드 활용의 보편화 : QR코드라는 것 자체가 보편화되어서 많은 사람들이 이를 알고 있기도 하고 사용가능한 사람들도 많기 때문에 해당 제품에 대한 접근성이 높다고 볼 수가 있다.
  - IOT 시장 성장 : 스마트 스피커, 스마트 조명, 스마트 가전 등 IoT 기기들이 일반 가정에 빠르게 보급되고 있고 이를 통해서 스마트 미러를 다른 IoT 기기들과 연동하여 집 안의 환경을 제어하는 등 서비스 확장 가능성이 매우 크다
- Threat (위협)
  - 거대 IT 기업의 시장 진입 : 거대 IT 기업이 스마트 미러의 범용성을 확보하고 더 적은 비용으로 고도화된 스마트 미러를 개발하여서 이 시장에 진입할 경우 경쟁력이 밀리게 될 수 있는 위험성이 존재한다.

개발과제의 기대효과

기술적 기대효과

끊김 없는 정보 연동 구현
- 시스템이 의도대로 명령을 인지하는지 측정하기 위해 생성된 QR코드를 스캔했을 때 의도된 정보(링크, 텍스트)가 정확히 나오는지 확인할 것이고 이는 10회 반복해서 90% 이상 성공을 하고자 할 것이고 사용자가 음성 명령을 마친 시점부터 화면에 QR코드가 완전히 표시될 때까지의 시간을 스톱워치로 측정하여서 평균 2초 이내에 되도록 구현할 것이므로 이를 기반으로 끊김 없는 정보 연동이 구현 가능하다.
개인정보 보호와 안정성 확보
- QR코드 생성 및 숨김 명령을 2초 간격으로 연속 실행하여 시스템 오류나 중단 현상이 발생하는지 확인하여서 30초동안 15회반복하여서 시스템 중단 현상 없음을 확인해서 안정성을 확보하고 생성된 QR코드를 스캔했을 때 한 번 스캔 후 재스캔시에 그것이 만료된 것으로 나타나는 지를 테스트해서 90% 일치하도록 할 것이기에 필요할 때만 일회성 QR코드를 통해 암호화된 링크처럼 안전하게 전달하므로, 사용자는 개인정보 유출 걱정 없이 편리함만을 누릴 수 있다.
물리적으로 반응하는 능동적 인터페이스 구축
- 사용자가 얼굴의 위치나 자세를 바꾸고 그때마다 해당 스마트 미러가 바뀐 위치에 잘 따라오는 지를 확인해서 5회 테스트하여서 80% 이상 성공하도록 구현해서 물리적으로 움직이는 능동적 인터페이스를 구현하여서 이 제품이 제공하고자 하는 사용자 중심의 UX 워크 플로우를 좀 더 강화시킬 수가 있다.

경제적, 사회적 기대 및 파급효과

경제적 파급효과 : 본 과제는 2030년대 초반 최대 124억 달러 규모로 성장이 예상되는 스마트 미러 시장에서, 특히 고부가가치 틈새시장을 공략하여 직접적인 경제적 가치를 창출할 잠재력이 있다.
- 리테일 분야의 매출 증대 기여: 본 과제의 '음성-QR 연동' 기술은 리테일 샵에서 피팅룸의 고객이 "이 셔츠 온라인 구매 링크 보내줘" 또는 "이 바지와 어울리는 상품 추천 QR코드 줘"와 같이 음성으로 요청하면, 즉시 개인 스마트폰으로 관련 링크를 전송하는 방식으로 사용될 수 있다고 생각한다.오프라인 경험과 온라인 구매를 즉시 연결함으로써, AR 기술 도입 시 확인된 구매 전환율 최대 94% 증가 및 반품률 25~40% 감소와 같은 실질적인 매출 증대 효과에 기여할 수 있다.
- 호텔 산업의 비용 절감: 투숙객이 "와이파이 비밀번호 QR코드로 보여줘"라는 간단한 음성 명령으로 즉시 인터넷에 접속하게 하여, 프런트 데스크의 업무 부담을 줄임으로써, 인력 운영 효율성을 개선하고 정량적인 비용 절감 효과를 기대할 수 있다.
- 새로운 B2B 라이선스 사업 모델 창출: 본 과제의 핵심 기술인 음성 명령을 통해 상황적 데이터를 인식하고, 이를 보안 QR코드로 변환하는 소프트웨어 모듈을 기존 스마트 미러 하드웨어 제조사에 라이선스 형태로 판매하는 새로운 B2B 사업 모델을 통해, 직접적인 수익 경로를 확보할 수 있다.
사회적 파급효과
- 윤리적 기술 모델 제시: 사용자가 자신의 데이터를 통제하고, 명시적인 명령을 통해서만 일회적으로 공유하는 방식을 통해 데이터 주권을 강화한다. 이는 무분별한 데이터 수집이 만연한 스마트 기기 시장에, 사용자의 프라이버시를 존중하는 윤리적인 기술 활용 모델을 제시한다는 사회적 의미를 가진다.

구성원 및 추진체계

변*영 : 기본 시스템 환경 구축 (OS, MagicMirror), 음성 제어 기능 구현, 핵심 기능(음성-QR 연동) 모듈 개발, 기본 정보 모듈(날씨, 뉴스 등) 설치, Google Assistant 환경 구축 및 API 연동 김*윤 : 배선 정리, 해당 제품을 지탱해줄 수 있는 거치대 제작, 최종 H/W 조립 조*찬 : 상황에 맞는 조명 제작, 내부부품들을 고정시킬수 있는 케이스 제작, 최종 H/W 조립

업무계통도

설계

설계사양

제품의 요구사항

설계 사양

제품 요구사항을 만족시키기 위해 가장 합리적인 하드웨어 및 소프트웨어 설계사양을 다음과 같이 정한다.

H/W (제어 및 연산): 라즈베리 파이(Raspberry Pi)를 메인 컨트롤러로 사용한다. 이는 MagicMirror 플랫폼 구동, MediaPipe 라이브러리를 이용한 실시간 컴퓨터 비전 연산, 음성인식 모듈 처리 등 핵심 S/W 스택을 총괄한다.
H/W (모터 제어): 아두이노 나노(Arduino Nano)를 서보모터 제어 전용 서브 컨트롤러로 사용한다. 라즈베리 파이로부터 계산된 사용자의 3D 자세(Yaw, Pitch) 값을 시리얼 통신으로 수신받아, 2축 서보모터를 정밀하게 제어하기 위한 PWM(Pulse Width Modulation) 신호를 생성한다.
H/W (구동부): 2축(Pan/Tilt) 서보모터, 힌지(pivot) 시스템을 구축하여 거울 모듈을 물리적으로 구동한다.
S/W (플랫폼): 오픈소스 플랫폼인 '매직미러(MagicMirror²)'를 기반으로 시스템 UI를 구축한다. 날씨, 뉴스, 일정 등 기본 정보 표시는 매직미러의 모듈을 활용한다.
S/W (컴퓨터 비전): Google의 'MediaPipe Face Mesh' 라이브러리를 사용하여 카메라 영상으로부터 사용자의 3D 얼굴 랜드마크를 실시간으로 감지하고, 이를 통해 얼굴의 위치 및 자세(Yaw, Pitch, Roll) 값을 계산한다.
S/W (음성인식 및 연동): Google Assistant API 또는 유사 음성인식 모듈을 활용하여 사용자의 음성 명령("QR코드 생성" 등)을 인식한다. 인식된 명령은 매직미러의 특정 모듈(뉴스, 캘린더 등)과 연동되어, 해당 모듈이 담고 있는 URL이나 텍스트 정보를 추출한 뒤 QR 코드 생성 라이브러리를 통해 즉시 화면에 오버레이한다.

개념설계안

[개념안 1: 2축 서보모터 (Pan/Tilt) 직렬 결합형]

설명: 프로젝트의 기본 골격이 되는 안. 베이스에 수평 회전(Pan)을 담당하는 서보모터 1개를, 그 위에 수직 회전(Tilt)을 담당하는 서보모터 2를 직렬로 연결하는 표준 2축 짐벌(Gimbal) 구조이다. 라즈베리 파이에서 계산된 얼굴 좌표(Yaw, Pitch)가 아두이노를 거쳐 두 모터를 직접 구동함. '음성-QR 연동' 기능은 3가지 안 모두 동일하게 S/W로 구현된다.
독창성: '음성-QR 연동'과 '능동형 추적'을 결합한 통합 시스템 (SW+HW).
장점: 구조가 직관적이고 표준 라이브러리를 활용한 제어가 용이하다.
단점: Pan 모터가 Tilt 모터 및 미러 모듈 전체의 무게를 지지해야 하므로 하중 부담이 크고, 전원 차단 시 Tilt 축이 중력에 의해 처질 수 있다 (별도 대책 필요).

이론적 계산 및 시뮬레이션

3.1 구조해석 조건 Tilt 링크 및 디스플레이 지지 구조의 처짐과 응력을 확인하기 위해 선형 정적 구조해석을 수행하였다. 해석 조건은 다음과 같다.

해석 소프트웨어: Ansys
재료: Plastic, PC (copolymer, heat resistant)
- 밀도: 1.16×10³ kg/m³
- Young’s modulus: 2.18×10⁹ Pa
- Poisson’s ratio: 0.4
- 인장 항복강도: 61.9 MPa
하중 조건
- 중력: −Y 방향 작용
- 디스플레이 전면에 등분포 하중: 6.5 N (Distributed Force) → 실제 디스플레이+브라켓 자중(0.66 kg)을 반영한 값
경계 조건
- 하부 받침대 저면을 Fixed Support로 완전 고정
- 모든 접촉부는 Bonded Contact로 가정

3.2 구조해석 결과 – 변위

상세설계 내용

내용

결과 및 평가

완료 작품의 소개

프로토타입 사진 혹은 작동 장면

내용

포스터

내용

완료작품의 평가

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향후계획

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특허 출원 내용

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