4조-Dys' son

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : 수분 섭취량 추적 관리를 위한 텀블러 부착 모듈 및 어플리케이션 개발

영문 : Development of a tumbler attachment module and application for tracking and managing hydration

과제 팀명

Dys'son

지도교수

이수일 교수님

개발기간

2021년 9월 ~ 2021년 12월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 기계정보공학과 20164300** 박*호(팀장)

서울시립대학교 기계정보공학과 20164300** 박*산

서울시립대학교 기계정보공학과 20164300** 백*은

서울시립대학교 기계정보공학과 20164300** 이*하

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

본 과제를 통해 다양한 규격의 텀블러에 탈 부착 가능하고 수분섭취량을 측정하여 전송할 수 있는 하드웨어 모듈(이하 텀블러 부착 모듈)을 설계한다. 또한, 텀블러 부착 모듈과 연동되는 어플리케이션을 개발하여 수분 섭취량을 추적하고 관리할 수 있는 기능을 제공하고자 한다. 제작하고자 하는 텀블러 부착 모듈은 보유하고 있는 텀블러에 장착할 수 있으므로 새로운 전용 텀블러 제작에서 발생하는 환경 오염과 낭비를 줄일 수 있고 연동 어플리케이션을 통해 경쟁력 또한 확보할 수 있다.

개발 과제의 배경

배경

2020년 발표한 보건복지부의 ‘물 충분 섭취자’의 비율을 보면, 2018년 기준 39.6%이며 3년간 감소 추세를 보이고 있다. 또한, 청소년들의 물 충분 섭취자의 비율은 WHO 권장 기준의 약 1/3 수준에 그친다. 반면에 당류가 포함된 음료를 섭취하는 비율은 점점 증가하는 추세이며, 부족한 수분을 음료로 채우게 되면 이뇨 작용을 통해 더 심한 체내 수분량 감소 및 당분 과다 섭취로 인한 당뇨 등의 문제가 발생할 수 있다. 부족한 물 섭취는 당장은 큰 문제를 일으키지 않지만, 이러한 탈수 상태가 오래 유지하는 경우 만성 탈수 상태가 되거나, 고지혈증, 암, 콩팥 결석 등 심각한 질환으로 이어질 가능성이 높아진다. 또한, 물을 일일 권장량보다 과다하게 섭취할 경우, 저나트륨증으로 인한 두통, 호흡 곤란 및 심각한 경우 호흡곤란, 폐부종 등이 발생할 가능성 또한 존재한다. 이러한 문제 때문에, 현재 한국영양섭취기준에서 제시하는 일일 권장 물 섭취량은 순수한 물 섭취를 통해 정확한 양을 보충하는 것을 권장하고 있다.

Figure1

IT 기술의 발달로 인해 스마트폰 어플리케이션을 통해 건강관리가 대중화되면서 이러한 일일 권장 물 섭취량에 맞는 물의 음용을 위해 스마트폰을 이용해 일일 권장 물 섭취량을 기록할 수 있는 ‘물 마시기 어플’이 여럿 등장하며, 좋은 평가를 받고 있다. 정부에서도 한국수자원공사(K-water) 산하 My Water 홈페이지를 통해 ‘물 마시기 앱’을 홍보하는 등 문제 해결을 위해 IT 기술을 접목시키는데 관심이 뜨거운 상황이다. 이에 더 나아가, 미국의 킥스타터 ‘HydrateSpark’, ‘Equa’ 및 한국의 ‘8Cups’는 IoT 기술을 접목시켜 부착된 센서를 통해 음용량을 자동으로 측정하는 전용 텀블러를 개발해 크라우드 펀딩을 성공시키며 IoT를 활용한 물 섭취 관리 서비스의 지평을 열었다.

Figure2

하지만, 현재까지 시중에 등장한 기술은 1세대로 평가받으며, 많은 개선점이 존재한다. 첫 번째로, 전용 텀블러를 사용하는 데 대한 단점이 존재한다. 현재까지 발표된 스마트 기기는 전용 텀블러만을 사용해서 물을 마셔야 하고, 해당 텀블러에 다른 음료를 담을 수 없으며 온전히 물을 마시는 데만 사용된다는 것이다. 이는 사용자의 불편뿐만 아니라, 이미 보유하고 있는 컵이나 텀블러를 활용하지 못하고 전용 텀블러를 따로 사야 하기 때문에 환경 오염 및 경제적인 부분에서 문제가 있다. 두 번째로, 센서를 통한 측정 문제가 있다. 해당 텀블러의 센서가 물의 양을 측정하는 방식은 텀블러 내부에 바닥에서부터 올라오는 긴 수위 센서를 통해 수심을 측정하는데, 이 센서가 텀블러에 가운데에 길게 있다 보니 오작동 사례가 많은 것으로 조사되었다. 마지막으로, 앱스토어의 사용자 평가를 기준으로 분석해 보았을 때, 어플리케이션의 사용 편의성 및 UI, 연동성 문제 등 사용자 친화적인 부분에서 개선해야할 사항들이 다수 존재함을 확인하였다.

기대효과

본 프로젝트를 통해 기존 1세대 기기에 대한 개선 사항을 적용한 수분 섭취량 측정 IoT 하드웨어 모듈 및 전용 어플리케이션을 제안한다. 제안하고자 하는 개선된 하드웨어 측정 모듈은 전용 텀블러가 필요하지 않고 기존 사용하던 텀블러나 컵에 부착 가능한 모델이다. 이 모델은 새로운 전용 텀블러 제작에서 발생하는 환경 오염을 방지할 수 있다. 또한, 가볍고 작은 크기와 기존에 사용하던 컵과 텀블러에 대한 호환성을 통해 경량성과 모듈성의 장점을 확보할 수 있다. 또한, UX를 고려한 어플리케이션 디자인을 통해 다양한 계층의 소비자들에 대한 편의성을 제공한다면, 본 프로젝트에서 제안하는 수분 섭취량 측정 모듈 및 전용 어플리케이션은 IoT를 사용한 건강 모니터링 상품으로서의 충분한 시장 경쟁성을 확보할 수 있을 것으로 기대된다.

개발 과제의 목표 및 내용

목표

다양한 규격의 텀블러에 탈 부착할 수 있고 수분섭취량을 측정하여 전송할 수 있는 하드웨어 모듈을 설계할 것이다. 텀블러에 안정적으로 부착할 수 있도록 경량화 하여 설계한다. 또한, 텀블러 부착 모듈과 연동하여 사용할 수 있는 어플리케이션을 개발하여 수분 섭취량을 추적하고 관리할 수 있는 기능을 제공하고자 한다.

내용

1) 텀블러에 부착 가능하며 수분 섭취량을 계산할 수 있는 모듈 제작

○ 탈부착 메커니즘

일반적으로 텀블러의 바닥 지름은 6.5~7.5cm로 다양하다. 다양한 규격의 텀블러에 안정적으로 부착할 수 있도록 여러 메커니즘 고려하여 설계할 것이다. 또한, CAE 구조 해석을 통해 가장 안전계수가 높은 메커니즘을 선정하여 텀블러 탈 부착 모듈을 구현하고자 한다.

Figure 3, 4

○ 용량 측정 및 데이터 전송

① 용량 측정 방법

사용자가 섭취한 수분량을 추적하기 위해 텀블러 부착 모듈에서는 주기적으로 텀블러 내의 용량을 측정해야 한다. 내용물의 용량 측정에는 수위 센서, 압력 센서, 로드셀 무게 센서 등을 이용할 수 있다. 여러 종류의 센서 중에서 크기와 가격, 정확도를 고려하여 가장 효율적인 센서로 선정하여 설계하고자 한다. 또한, 수분 섭취 중인 상황과 일반적인 상황을 판단하기 위해 3축 가속도 센서를 이용하는 것을 고려하고 있다.

② 데이터 전송 방법

텀블러 부착 모듈에서 측정한 수분 섭취량을 저장하기 위해 어플리케이션과 통신이 필요하다. 텀블러의 특성 상 잦은 배터리 충전이 어렵고 완충 시 오랜 시간동안 사용할 수 있어야 사용자의 편의성이 높아진다. 따라서 연결이 간편하고 전력 소모량이 낮은 저전력 블루투스 (Bluetooth Low Energy, 이하 BLE)를 사용할 예정이다.

Figure 5

2) 부착 모듈과 연동할 수 있는 어플리케이션 개발

○ 사용자 수분 섭취량 추적

사용자의 일일 권장 수분 섭취량을 사용자가 직접 설정할 수 있고 일일 수분 섭취량을 모니터링할 수 있다. 수분 섭취량 추적은 자동 및 수동으로 이루어진다. 자동 수분 섭취량 추적은 텀블러 부착 모듈을 활용하여 측정된 섭취량을 기반으로 관리된다. 텀블러 부착 모듈로 측정이 되지 않은 수분 섭취에 대해서는 사용자가 직접 입력할 수 있다.

○ 수분 섭취 알림

사용자가 원하는 주기로 수분 섭취 알림을 설정할 수 있다. 사용자에게 부족한 수분 섭취량을 알려주고 능동적으로 수분 섭취를 할 수 있도록 보조한다.

○ 사용자 수분 섭취 통계

사용자의 주간, 월간, 연간 수분 섭취량 통계를 확인할 수 있다. 또한 사용자의 개인 목표 혹은 기본 목표를 바탕으로 목표 달성 배지 등을 표시하여 사용자에게 수분 섭취에 대한 동기 부여를 제공한다.

내용

구성원 및 추진체계

내용

설계

설계사양

제품의 요구사항

내용

설계 사양

내용

개념설계안

내용

이론적 계산 및 시뮬레이션

내용

상세설계 내용

내용

결과 및 평가

완료 작품의 소개

프로토타입 사진 혹은 작동 장면

내용

포스터

내용

완료작품의 평가

내용

향후계획

내용

특허 출원 내용

내용