1조-스마투스

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : 스마트폰 버튼 악세서리

영문 : Smartphone button accessory

과제 팀명

스마투스

지도교수

신동헌 교수님

개발기간

2021년 9월 ~ 2021년 12월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 기계정보공학과 20164300** 김**(팀장)

서울시립대학교 기계정보공학과 20164300** 문**

서울시립대학교 기계정보공학과 20144300** 조**

서울시립대학교 기계정보공학과 20174300** 김**

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

본 과제는 노년층의 스마트폰 사용능력 문제를 해결하는 것을 목적으로 나아가 노년층의 스마트폰 보급률을 높이기 위한 스마트폰 추가버튼 하드웨어를 설계한다. 사용자가 실시간으로 스마트폰 액세서리로 구성된 “외부 버튼”을 누르는 것으로 통화, 문자, 사진 등등의 특정한 작업을 수행할 수 있다. 이 제품은 마이크로 프로세서과 스마트폰을 무선 통신을 통하여 연결되도록 설계하고 이를 위한 동작 설정을 자유롭게 정할 수 있는 시스템을 개발하고자 한다.

개발 과제의 배경

2020년 한국지능정보사회진흥원의 디지털 정보격차 실태조사에 따르면, 70대 이상 스마트폰 보급률은 전국민 92.3%의 절반 이하인 44.9%로 고령층의 스마트폰 접근성이 크게 떨어지는 것으로 나타났다. 한국의 스마트폰 보급률이 전세계적으로 최상위권에 해당되나, 70대 이상의 고령층은 포함되지 않다는 것이다. 오늘날 국민 대다수가 정보화사회에 적응하여 네트워크 상에서 상호작용하는 초 연결 사회에서 살아가고 있다. 하지만 전체 인구의 15%인 고령층은 디지털 정보격차로 사회생활에 골치를 썩고 있다.

특히 정보통신정책연구원에서 연령이 높을수록 타 세대보다 떨어지는 스마트 기기 활용능력을 가지고있다고 디지털 디바이스 실태 보고서를 통해 발표했다. 조사에 참여한 2000명의 65세 이상의 고령층 중62.1%만이 문자를 열람할 수 있다 밝혔고 어플리케이션의 삭제 및 설치는 오직 7.5%만 가능하다 응답했다. 연구원은 디지털 격차를 줄이기 위해 노년가구의 스마트폰 활용능력 개선이 필요하다고 주장했다.

최근 스마트폰에서 볼륨과 전원버튼 등 물리적인 버튼이 없어지고 있다. 삼성전자는 전원버튼과 인공지능 비서 빅스비 버튼과 통합했고 LG전자는 19년 4월 특허청으로부터 버튼 없는 스마트폰에 대한 특허를 출원했다. 물리 버튼을 없애는 것으로 디자인을 개선하고 내부공간을 효율적으로 바꿀 수 있다는 장점을 취할 수 있으나, 조작이 불편해지고 실용성이 떨어질 수 있다. 그런데 정보화진흥청의 장노년층 정보격차 실태조사에 따르면 고령층이 스마트폰을 쓰지 않는 이유로 17.2%가 사용방법의 어려움을 지목했다. 효율성을 위한 스마트폰 발전방향이 오히려 정보격차를 유도하고 있는 것이다.

지금의 스마트폰 버튼은 전원버튼과 음향조절 버튼만으로 구성되며 직관적으로 눌러 바로 상호작용하는 다른 버튼을 지원하지 않는다. 과거 고령층이 활용 가능하던 2G 휴대폰이 제공하는 통화, 문자, 인터넷 등 버튼 하나를 누르는 것만으로 원하는 동작을 수행하는 상호작용을 스마트폰은 쉽고 직관적인 활용방법으로 제시하기 어렵다. 따라서 스마트폰의 활용능력 개선에 동작을 쉽게 지시할 수 있는 추가 외장 버튼이 필요하다. 또한 스마트폰과 물리적으로 부착되어 있으면 휴대성과 편의성을 높일 수 있다.

개발 과제의 목표 및 내용

1. 개발 목표

스마트폰의 보급이 저조하고 사용자들 중에 스마트폰 사용이 자유롭지 못한 노년층을 위해 직관적인 버튼 인터페이스를 가진 블루투스 통신 기반 스마트폰 버튼 악세사리 설계하고 시제품을 제작한다.

2. 개발 내용

2-1) 아두이노와 신호 생성

아두이노 기판에 버튼을 부착한다. 버튼을 누르면 블루투스 모듈을 통해 스마트폰으로 신호를 보낼 수 있도록 아누이도를 프로그래밍한다. 프로그래밍의 경우에 BLEKeyboard 라이브러리와 같이 아두이노를 무선 키보드와 유사한 동작을 하도록 할 수 있다.

2-2) 스마트폰 신호 수신 및 동작제어

블루투스 신호를 수신한 스마트폰에서 버튼에 맞게 정해진 동작을 하도록 설계한다.예를 들어, 셀카봉 등에서 카메라 촬영에 사용하는 볼륨 버튼과 같은 기본적인 신호를 활용할 수 있으며, 프로그래밍을 통해 통화, 앱 열기, 긴급연락 등 다른 더 복잡한 동작의 수행을 도모한다.

2-3) 악세사리 형태 케이스 제작

아두이노와 버튼 등의 부품을 담을 케이스를 악세서리 형태로 만든다. 케이스는 3D CAD를 활용해 디자인하고 3D 프린터로 출력한 뒤 이를 다듬어 제작한다. 노년층이 타겟인 제품이므로 버튼 단자 위에 버튼 케이스를 만들어 더 쉽게 누를 수 있도록 하고 무슨 버튼인지 직관적으로 알 수 있는 심볼을 배치한다. 휴대 또는 사용하는데 불편함이 없게 하기 위해 손에 잘 잡히면서 적당한 크기이며 충격에 강한 외부 케이스를 제작한다. 필요하다면 스트랩과 같은 편의성을 위한 보조적인 장치도 사용할 수 있다.

관련 기술의 현황

관련 기술의 현황 및 분석(State of art)

전 세계적인 기술현황

본 프로젝트에서는 스마트폰으로 보낼 신호를 만드는 장치로 아두이노를 사용한다. 또한 그 신호를 보내는 방법으로 NFC와 블루투스 두 가지 방법이 있다. 따라서 아두이노, NFC, 블루투스 세 가지 기술 현황에 대해서 분석하여 기술한다.

1. 마이크로 컨트롤러 -Arduino

초소형 기판에 프로세서, 메모리, 입출력 단자 등을 장착한 초소형 컴퓨터. Arduino는 오픈소스 하드웨어, 오픈소스 소프트웨어, 오픈소스 커뮤니티의 결합으로 ICT DIY를 활성화시킨 대표적인 제품군이다. 현재는 비전공자 일반인의 소형 프로젝트부터 전문적인 IoT 분야까지 다양하게 사용되고 있다.

현재 Arduino는 기본적인 UNO, LEONARDO부터 소형화한 NANO, MICRO, 더 고성능의 ZERO, MEGA, 자체 통신 모듈이 달려있는 WiFi, IoT 모델에 이르기까지 다양한 목적으로 사용할 수 있는 많은 종류의 보드를 제공하고 있다.

1-1) Arduino Nano 33 BLE

2019년에 출시된 Arduino NANO 33 BLE는 NANO 시리즈에 걸맞는 45 x 18mm의 작은 크기의 마이크로컨트롤러이다. 또한 뛰어난 성능의 32 bit CPU를 탑재하고 14개의 입출력 핀을 가지고 있어 확장성이 클 뿐만 아니라 블루투스 저에너지(BLE) 모듈이 탑재되어 있어 본 프로젝트에 적합한 아두이노 보드라고 볼 수 있다.

2. 블루투스 -Bluetooth

2.4-2.485GHz 극초단파 대역폭을 사용해서 단거리 통신으로 정보를 주고받는 개인 통신망 기술.

2-1) 블루투스 Classic

Bluetooth 클래식은 기본 속도(BR)과 2004년 발표된 향상된 속도(EDR)을 합쳐 부르는 것으로 1MHz 79개 채널을 통해 통신한다. 현재에도 무선 오디오 기기 등에서 사용되고 있으며 저에너지 기술보다 더 많은 전력을 사용하고 기능이 제한적이다.

2-2) 블루투스 저에너지 기술(BLE)

최근의 Bluetooth 저에너지 기술은 더 적은 40개의 채널(기존 79개)을 사용하면서 기존의 Bluetooth 통신에서 사용 전력을 줄일 뿐만이 아니라 mesh 방식으로 대규모 장치 네트워크를 형성하거나 Broadcasting으로 확장도 가능하며 더 정확한 기기 인식, 거리 및 방향을 추정하는 기능을 가지고 있다.

현재 Bluetooth 기술은 오디오 스트리밍, 데이터 전송, 위치 서비스, 디바이스 네트워크 분야에서 가장 많이 사용되고 있습니다. 또한 이에 따라 시간이 갈수록 Bluetooth 기기들의 출하량이 늘어나고 있으며d하는 시장을 가진 기술이다.

3. NFC 근거리 무선 통신(Near Field Communication)

13.56MHz의 대역으로 아주 가까운 거리의 무선 통신으로 정보를 주고받는 기술. NFC 기술은 스마트폰과의 결합으로 기존의 단점이었던 높은 칩셋 가격, 인프라 부족을 극복하고 근거리 파일 전송, IoT 등의 분야에서 많이 사용되고 있다. 특히 전자결제 부문에서 인프라 확충과 스마트폰 사용으로 인해 가장 많이 쓰이고 있다.

다음 그래프는 비접촉 시장 수익의 성장을 보인다. 코로나 19 유행 이후 원래부터 증가해오던 비접촉 결제가 늘어나고 있으며 그 중 19-23%의 사용자들이 NFC 방법을 택하고 있다. 따라서 접촉 NFC보다 비접촉 NFC 시장이 크게 성장하고 있으며 NFC의 국제 표준인 EMVCo는 VISA, mastercard, American Express, JCB 등의 국제 카드 회사를 회원으로 하고 있으며 스마트폰 분야에서는 해외의 Apple Pay, 국내의 PAYCO에서 사용되고 있어 앞으로 더욱 많이 쓰이게 될 것이다.

4. 블루투스와 NFC

NFC와 Bluetooth 모두 본 프로젝트에 필요한 스마트폰과 신호를 주고받는 것에는 전혀 문제가 없다. NFC는 스마트폰과 통신할 경우 한 번에 하나의 NFC 기기와만 통신 가능 하고, 블루투스에 비해 더 짧은 거리만 통신 가능하지만 더 적은 전력을 사용하고 통신에 필요한 모듈의 크기 또한 더 작다는 장점이 있다. 블루투스는 반대로 스마트폰 한 대가 여러 개의 기기와 통신 가능하고, 더 긴 거리의 통신이 가능하지만 상대적으로 전력 소모가 크고 통신 모듈의 크기 또한 크다. 이러한 장단점을 바탕으로 추후에 어떤 방법으로 설계할 것인지 결정하도록 한다.

특허조사 및 특허 전략 분석

1. 디자인

2. 통신 기술

3. 스마트폰 활용 예시

기술 로드맵

시장상황에 대한 분석

경쟁제품 조사 비교

1. 경쟁 제품 비교

위의 표에서 1~3은 셀카봉 삼각대와 함께 쓰이는 제품들로써 삼각대 설치를 통해 원거리에서 사진 촬영시 사용되는 제품들이다. 사용자가 버튼을 누르면 사진이 찍히는 방식이며 모두 사진 촬영의 기능만을 가지고 있다. 그리고 4는 운전대에 부착하여 운전중 스마트폰 동영상의 재생, 볼륨 조절 등을 할 수 있도록 하는 제품이다. 마지막으로 5(Dimple사)의 경우에는 NFC 기술을 이용하여 스마트폰의 추가 버튼 기능을 구현하였다. 자사의 앱을 통해서 버튼을 설정하여 원하는 기능을 설정할 수 있다.

마케팅 전략 제시

1. 마케팅 전략 서술

1-1) 기존 제품의 경우

블루투스를 이용하여 스마트폰을 원격으로 제어하는 제품들은 기존에도 여러 브랜드에서 출시되고 있다. 하지만 그것들 중 대부분은 셀카봉 삼각대 촬영을 목적으로 한 제품들이라 단독으로 쓰이는 제품이 아니며 사진 촬영 기능만을 가지고 있다. 혹은 운전대에 부착하여 스마트폰 동영상 재생 및 볼륨 조절과 같은 기능을 제공하는 제품이다. 이와는 번외로 블루투스를 이용하지 않는 제품들도 존재하는데 그중에는 dimple사의 제품이 우리의 목표와 가장 유사한 기능을 가지고 있다. 하지만, 이 제품은 NFC 기술을 이용하기에 다른 NFC을 사용하는 기능을 사용할 수 없고 금속재질로 만들어진 경우에는 사용할 수 없다는 단점이 존재한다.

1-2) 우리의 목표와 그것이 가지는 차별성

우리가 이번 프로젝트에서 목표로 하는 것은 다음 2가지이다.

1.노인분들도 스마트폰을 쉽게 사용할 수 있도록 사용이 빈번한 사진 촬영, 통화 등의 기능을 간단한 버튼으로 쉽게 조작할 수 있는 ‘단순성’

2.스마트폰에 부착하는 '악세서리 형태’

현재 출시되고 있는 블루투스 버튼 제품들은 스마트폰을 제어한다는 공통점을 가지지만 목적이 다르다. 예컨대 YOICH사의 제품은 셀카봉 삼각대와 함께 사진 촬영의 목적만을 가지기 때문에 리모컨을 스마트폰에 탈부착하는 악세서리 형식이 아니며 기능도 사진 촬영 한가지에만 국한된다. 그리고 Satechi사의 제품은 동영상 재생 및 볼륨 조절의 편의성을 제공하지만 차량 핸들 부착용을 목적으로 하였기에 마찬가지로 스마트폰에 탈부착하는 악세서리 형식이 아니다. 우리의 목표인 스마트폰의 추가버튼과 유사한 제품으로 Dimple.io가 존재하지만 (역시 악세서리 형태가 아니며) NFC기술을 이용하여 만들기 때문에 삼성페이와 같은 NFC를 이용하는 다른 서비스를 이용하지 못하는 단점이 존재한다.

따라서 현재 시중에 판매되는 제품들은 대부분 악세서리의 형태를 가지지 않으며 노인분들이 사용할 기능을 담거나 편리성을 목적으로 사용하기에는 한계가 있기에 사용의 편의성과 악세서리 형태를 목표로 한 우리의 제품은 노인분들을 공략으로 하기에 알맞은 차별성을 가진다.

1-3) 결론

시중에서 판매되고 있는 제품들은 주요 고객층인 청장년층에게 타깃이 맞춰져 있다. 그래서 제품의 마케팅 전략과 타사와의 경쟁 구도가 모두 그쪽으로 쏠려있다. 하지만 어느 한쪽으로 집중하여 쏠릴수록 보지 못하였던 부분은 생기기 마련이고 그 보지 못했던 것은 블루오션이 되기도 한다. 너도나도 청장년층에게 타깃을 맞추고 있는 레드오션보다 블루오션인 노년층을 노리는 것은 색다른 전략이 될 것이다.

2. 마케팅 전략 분석

2-1) 3C 분석

2-2) STP 분석

개발과제의 기대효과

기술적 기대효과

본 프로젝트의 제품과 동일한 방식을 통해 다른 스마트폰 기능을 활용한 무궁무진한 스마트폰 버튼 인터페이스의 제품을 만들 수 있다.

이는 버튼 인터페이스를 활용한 다양한 제품들이 더 만들어질 수 있는 가능성을 보유하고 있다. 예를 들면 스마트폰 카메라 뷰 파인더는 고령층 뿐만 아니라 기존의 다른 스마트폰 악세사리를 잘 사용하는 청, 장년층 스마트폰 사용자도 판매 대상으로 만들 수 있다

경제적, 사회적 기대 및 파급효과

 연령대별 스마트폰 사용률 조사에서 노년층의 스마트폰 보급률은 늘어나고 있지만 반대로 실질적인 이용률은 낮다.

이는 노년층이 스마트폰을 더 잘 쓰게 변화했다는 것이 아닌 휴대폰 회사에서 스마트폰을 주력으로 생산하지만 노년층은 보유하고 있지만 이를 활용하는 능력은 떨어진다고 볼 수 있다.

따라서 익숙한 버튼 인터페이스의 본 제품을 통해 노년층의 스마트폰 활용능력을 높이고 더 나아가 유일하게 스마트폰 보급이 완료되지 않은 노년층의 스마트폰 완전 보급까지도 이끌 수 있다.

기술개발 일정 및 추진체계

개발 일정

구성원 및 추진체계

설계

설계사양

제품의 요구사항

본 과제는 노년층이 스마트폰을 쉽게 사용할 수 있도록 스마트폰 악세서리를 만드는 것이며, 그 악세서리는 큰 틀에서 버튼과 케이스를 포함한 하드웨어와 스마트폰과 악세서리 간의 통신으로 나뉜다. 따라서 필수적인 요구조건의 범주로는

1. 노년층에게 적합한 편의성

2. 내구성 등의 하드웨어적인 요구사항

3. 안정성 등의 통신적인 요구사항이 있다.

또한 베터리, 디자인 등의 그 외적인 것들은 희망 요구사항으로 놓았다. 아래는 이와 같은 틀에서 구체적으로 나열한 목록표이다.

설계 사양

최종적인 설계 사양으로 제품 요구사항, 목적 계통도, QFD 분석을 고려해 설계에서 만족해야 할 총 6가지의 설계 사양을 결정지었다.

1.액세서리 크기는 한 손에 들어오고 조작하기 편리하게 한다.

한손으로 조작하는 것이 편리할 수 있도록 너비(가로길이) 12cm를 기준으로 이 크기 내외로 케이스를 설계한다. 케이스의 형상에 따라 목표 크기는 달라질 수 있으나 한손으로 조작하는 것이 불편하지 않을 크기로 제작하는 것을 목표로 한다.

2. 통화, 사진 촬영, 손전등의 3개 기능 이상의 기능을 넣는다.

노년층이 스마트폰을 사용하는데 있어 필수적이며, 사용하기 쉬운 기능인 통화, 사진 촬영, 손전등의 3개 기능을 하는 버튼을 필수적으로 넣고 그 외 추가적인 기능 또한 필요시에 넣는다.

3. 버튼은 기능에 일대일 대응한다. 기능 하나를 위해 복수의 버튼을 조작해야 하거나 서로 다른 기능을 하나의 버튼에서 하지 않는다.

사용 편의성에는 사용하는 데 있어 직관적인 조작이 가능하도록 하는 것이 중요한 요소이다. 조작의 직관성을 위해 각 기능은 각 버튼에 일대일 대응하며 기능 하나를 위해 복수의 버튼을 조작해야 하거나 서로 다른 기능을 하나의 버튼에서 하지 않는다.

4. 버튼은 각 기능을 직관적으로 이해할 수 있는 픽토그램을 그려 넣는다.

직관적인 조작이 가능하도록 각 버튼을 식별할 수 있는 직관적인 그림인 픽토그램을 삽입해 제품을 처음 보거나 각 버튼이 어떤 기능을 하는지 모르는 사람도 쉽게 조작할 수 있게 한다.

5. 시제품 프로토타입의 동작 정확도는 90% 이상으로 한다.

본 제품을 사용함에 있어 동작에 오류가 없는 것은 사용의 편의성에 있어 매우 중요한 요소이다. 시제품 제작 시 동작 정확도를 버튼마다 100회 이상 테스트하고 양산품이 아닌 프로토타입이라는 점을 고려해 동작할 때 소프트웨어 혼선이 없고, 하드웨어에서도 치명적인 결함이 아니라는 것을 판단하기 위해 90% 이상의 동작 정확도를 달성한다.

6. 배터리 교체없이 2주 이상 사용할 수 있도록 한다.

전기를 너무 많이 소비해 배터리를 자주 교체해줘야 한다면 사용하는 데에 있어서 불편함이 크다. 따라서 기준을 2주로 두고 그 이상 배터리 교체 없이 사용 가능한 것을 목표로 둔다.

개념설계안

내용

이론적 계산 및 시뮬레이션

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상세설계 내용

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결과 및 평가

완료 작품의 소개

프로토타입 사진 혹은 작동 장면

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포스터

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완료작품의 평가

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향후계획

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특허 출원 내용

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