급조

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : IoT 접목 스마트 알약 디스펜서

영문 : IoT smart pill dispenser

과제 팀명

급조

지도교수

홍완식 교수님

개발기간

2021년 9월 ~ 2021년 12월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 신소재공학부·과 20154500** 정** (팀장)

서울시립대학교 신소재공학부·과 20154500** 김**

서울시립대학교 신소재공학부·과 20184500** 이**

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

본 설계에서는 IoT(Internet of Things)를 접목한 스마트 알약 디스펜서를 개발하였다. 기존 알약 통을 이용하면서 모듈 형식으로 구성하여 사용자의 편의성을 높이는 동시에 알약의 오염을 사전에 방지하는 것이 개발 목적이다. 먼저 사용자가 일일이 뚜껑을 열고 약을 먹어야 하는 번거로움과 섭취 시 넣고 빼는 과정에서 발생하는 오염을 해결하기 위해 알약을 한 알 씩 선별하여 배출하는 방식으로 제작하였다. C-type 단자를 활용하여 전원 공급을 하며, 니켈판 접지를 활용한 병렬식 회로 구성을 통하여 사용자가 하나에서 최대 3개까지 모듈을 쉽게 탈부착이 가능하도록 제작하였다. 아두이노를 기반으로 하는 디스플레이를 사용하여 보관 중인 알약의 정보를 나타내며, 스피커를 사용하여 사용자가 복용 시간을 놓치는 경우를 방지하기 위해 복용 시간에 맞춰 기기나 연동된 스마트폰에서 알림이 울리도록 설계하였다.

개발 과제의 배경

기존 알약 보관함의 경우, 기존 약통을 사용하는 것이 아니라 기존 약통에서 일정량을 소분하여 옮겨 보관 및 사용하는 형태가 대부분이다. 알약을 기존 약통에서 알약 보관함으로 옮기는 과정에서 오염이 발생할 수 있는 위험성이 존재한다. 하지만 기존 약통을 그대로 사용한다면 약을 옮길 필요가 없어지고 그로 인하여 알약을 옮기는 과정에서의 오염 발생 가능성을 사전에 차단할 수 있다.

기존 알약 보관함은 일반적으로 여러 종류의 알약을 보관하려면 그만큼의 수용이 가능한 크기가 큰 제품들을 사용했어야 했다. 하지만 도중에 섭취하는 알약의 종류가 변할 경우, 불필요하게 큰 제품을 계속 사용하거나 작은 사이즈의 제품을 다시 구입해야 한다는 번거로움이 존재하였다. 따라서 사용자가 복용하는 알약의 종류에 따라서 원하는 만큼 모듈 수를 연결할 수 있도록 설계한다면 사용자의 편의성이 확보될 수 있다. 도중에 섭취하는 알약의 종류가 줄어들게 되면, 그에 맞추어 모듈 수를 조절하면 기존보다 공간적으로 차지하는 면적이 줄어들어 공간적 활용도가 증가하게 된다.

사용자의 편의성을 향상시키기 위해서 IoT를 접목한 다양한 제품들이 출시되고 있다. 이에 맞추어 알약 복용 알림 기능을 편리하게 스마트폰 어플을 활용하여 조작할 수 있도록 설계하였다.

개발 과제의 목표 및 내용

◇ 기존 약통을 활용하면서, 알약을 한 알 씩 디스펜싱 하는 기능을 구현하는 것이 목표이다.
◇ 알약 보관함을 스마트폰을 통해 제어하고, 맞춤 어플리케이션을 개발하는 것이 목표이다.
◇ 별도의 전선을 구매할 필요가 없도록 가정에 흔히 존재하는 C-type 충전기를 활용하여 전원공급을 구현하는 것이 목표이다.

관련 기술의 현황

관련 기술의 현황 및 분석(State of art)

전 세계적인 기술현황

◇ Shin, H. W., & Kim, J. S. (2019). Development of IoT-based Smart Medication Box Design to Improve Reagent Efficiency. Journal of the Korean Society Design Culture, 25(1), 245–253.
◇ 본 연구에서는 IoT 기술을 활용한 환자의 복약 효율성을 높이는 복약함 디자인 개발에 관한 연구를 진행하였다. 서비스 디자인 방법론의 방법론을 활용하여 먼저 기존 연구사례에 대한 데스크리서치를 진행하고 디자인에 대한 방향성을 도출하였고, 스마트 헬스케어 복약함 시장에서 예상되는 고객에 대한 리서치를 진행하여 디자인 요소를 분석하였다. 전문가 인터뷰, 고객 여정맵, 서비스 블루프린트를 통한 디자인 요소를 도출하여 디자인 개발을 진행하여 디자인 시제품을 개발하였다.

◇ Fig. 15는 개인의 복약 여부 확인 및 관리를 위한 제품 디자인이다. 제품 상단에 NFC 기능을 탑재하여 약 복용 시 스마트폰 어플과 연동하도록 개발하였다. Fig. 16과 17은 요양원과 다가구 집에서 사용이 가능한 스마트 복약함으로 내부에 요일별 약을 구별하는 카트리지를 구성하였고, 와이파이 및 NFC 기능을 탑재하여 복약관리를 체계적으로 할 수 있도록 개발하였다.

특허조사 및 특허 전략 분석

- 특허조사

◇ 휴대용 알약 케이스 10-2015-0036217

◇ 본 발명은 알약의 보관을 편리하게 이루면서도 사용자가 알약을 복용해야 하는 시간을 편리하게 사용자에게 알려줌으로써, 사용자의 알약 복용이 편리하게 이루어질 수 있도록 하는 휴대용 알약 케이스에 관한 것이다.
◇ 본 발명의 구성은, 일측에 결합공이 구비되고, 상측에는 설정된 알람 시간을 외부로 디스플레이하는 알람부가 구비된 박스 형상의 본체와, 상기 본체의 결합공에 결합 가능하게 형성되고, 내측으로는 알약이 분활 수용되도록 구성되어 상기 결합공에 착탈 가능하게 결합되는 다수개의 알약수용함을 포함하여 구성된다.

- 특허전략

◇ 본 발명은 앞서 조사한 특허와 다르게 휴대용이 아닌 거치형 알약 디스펜서로 기존의 알약통을 활용할 수 있어 오염의 위험성이 줄어들며, 사용자에게 알약 정보를 시각적으로 알려주고, 복용 시간에 맞춰 알림을 통해 직관적으로 알려준다. 기기 자체의 알림 기능뿐만 아니라 IoT 연동을 통해 스마트폰으로도 알림을 받아볼 수 있고 설정 또한 자유롭고 간단하다는 점이 기존의 제품들과 차별화시킨 특허전략이다.
◇ 본 발명은 기존의 알약 디스펜서와는 다르게 모듈 형식으로 구성되어 있다. 사용자의 편의에 따라 원하는 수의 모듈을 손쉽게 탈부착이 가능하다는 점이 기존의 제품들과 차별화시킨 특허전략이다.

기술 로드맵

2012년도
◇ 광학 센서와 디스플레이가 적용된 복약함 : Blister holder provided with means designed to detect the number of extracted products from the blister and with GSM/GPRS communication means to remotely dialogue with a control center  PCT/IT2012/000048
◇ 복약 여부 관리 시스템이 적용된 복약함 : Medicine dispensing record system  13676074
2013년도
◇ 약품 무게 센서가 적용된 복약함 : 스마트 복약관리 시스템 및 그 방법 10-2013-0099740
◇ 복약함 디자인권 화 : 복약기 및 약 지급 방법 10-2013-0073617
2014년도
◇ 복약 이력관리 기술이 적용된 복약함 : 복약 관리 시스템 및 복약 관리 서비스 제공방법 10-2014-0139998
◇ 오용⦁과복용 방지 기술이 적용된 복약함 : SELF LEARNING MEDICATION STORAGE DEVICE  14272377
2015년도
◇ 서버 및 ICT 기술이 적용된 복약함 : 약 복용 관리 방법 및 그 방법을 수행하는 사용자 단말, 약 수납 장치 10-2015-0019500
2016년도
◇ 복약 배출 지급 기술이 적용된 복약함 : 전자 복약장치 10-2016-0019438
2017년도
◇ 연속 포장된 약봉지 적재 기술이 적용된 복약함 : 봉지약 스마트 공급장치 10-2017-0065155
2021년도 (최신동향)
◇ 박재환, 이현정, 권남규, “효율적인 복약 관리를 위한 IoT 기반 스마트 약상자”, 한국컴퓨터정보학회 동계학술대회 논문집 제29권 제1호 (2021. 1), 309-312

시장상황에 대한 분석

경쟁제품 조사 비교

◇ IoT접목스마트알약디스펜서는 지정된 시간에 장치와 스마트폰에서도 알람
◇ 복용 시 알약에 대한 정보를 디스플레이를 통하여 확인 가능
◇ 알약을 소분할 필요 없이 기존 약통을 그대로 사용 가능
◇ 장기간 보관 가능
◇ 알약 변성을 막기 위한 밀폐 기능

마케팅 전략 제시

SWOT 분석

최근 건강과 관련된 키워드가 급부상하며 국내 의약품 시장 및 건강기능식품 시장이 성장세에 있다. 의약품 및 건강기능식품의 수요가 늘어남에 따라, 의약품을 보관하는 방법에도 많은 관심이 생기고 있다. 매일 먹어야 하는 의약품 및 건강기능식품의 종류가 많아지며 소형 의약품 보관함에 복용 시간마다 소분하여 보관하는 사람들이 있다. 본 발명품은 매일 영양제를 소분하여 먹는 사람들을 위해 의약품 및 건강기능식품을 기존 소형 의약품 보관함보다 효과적으로 보관하고, 알림기능을 넣어 복용시간을 기기 자체와 스마트폰을 통해 알려준다. 기존 휴대형 알약 보관함이나 개인용 스마트 알약 보관함은 기존 약통을 활용할 수 없는 구조여서 옮기는 과정에서의 오염이 우려된다. 본 발명품은 기존 약통을 그대로 기기에 부착하여 앞서 언급한 오염의 우려 없이 편리하게 보관할 수 있다는 장점이 있다. 또한 기존 보관함들은 밀폐가 되지 않아 습기를 비롯한 오염에 취약하다. 본 발명품은 고무 패킹을 사용하여 알약통과 기기의 접합부를 밀폐시켜 장시간을 안전하게 보관할 수 있다. 본 발명품은 알림기능을 통해 사용자가 복용할 수 있는 시간대에 맞춰 스마트폰과 연동해 적절한 복용 시간에 사용자가 알약을 복용할 수 있도록 한다. 자체적인 어플리케이션을 통해 사용자는 스마트폰에서 편리하게 알람 시간 설정과 복용에 관한 알림을 받아볼 수 있다.

개발과제의 기대효과

기술적 기대효과

◇ 본 발명에 포함된 알림기능은 사용자가 복용해야 하는 알약을 복용해야 할 시간에 먹을 수 있도록 유도하여, 사용자의 알약 복용을 최적으로 조절할 수 있는 효과를 제공한다.
◇ 알약을 한 알 씩 디스펜싱하는 기능은 사용자가 복용 과정에서 발생하는 오염을 방지하여, 오염으로 인한 사용자의 건강 악화를 방지하는 효과를 제공한다.
◇ 모듈 형식의 구성은 사용자의 섭취하는 알약의 종류에 맞춰 공간 활용 효율을 증가시키는 효과를 제공한다.
◇ 각 모듈별로 포함되어 있는 디스플레이에서 해당 모듈에 연결되어 있는 알약의 정보를 제공하여,  사용자가 알약을 혼동하여 섭취하는 것을 방지하는 효과를 제공한다.

경제적, 사회적 기대 및 파급효과

본 발명은 위와 같이 만성질환자나 약 복용 시기를 잊어버리는 경험을 한 사람들에 약 복용에 대한 알림으로 약을 때에 맞춰 꾸준히 섭취하게 하여 복용자의 건강 증진에 효과를 줄 수 있다. 기존 알약통을 활용하여 알약을 옮겨 담을 필요 없이 편리하게 보관할 수 있게 하며, 사용자가 오염된 알약을 복용하는 것을 방지한다.

기술개발 일정 및 추진체계

개발 일정

구성원 및 추진체계

◇ 정재호(팀장) - 디스펜서부 설계 및 제작 총괄
◇ 김용호(팀원) - 바디부 설계 및 제작 보조
◇ 김형준(팀원) - 회로 구성 및 제작 보조
◇ 김학준(팀원) - 예산관리 및 제작 보조
◇ 이경아(팀원) - 어플리케이션 제작 및 아두이노 코딩

설계

설계사양

제품의 요구사항

◇ 기존 약통을 활용하면서, 알약을 한 알 씩 디스펜싱 하는 기능을 구현하는 것이 목표이다.
◇ 알약 보관함을 스마트폰을 통해 제어하고, 맞춤 어플리케이션을 개발하는 것이 목표이다.
◇ 별도의 전선을 구매할 필요가 없도록 가정에 흔히 존재하는 C-type 충전기를 활용하여 전원공급을 구현하는 것이 목표이다.

설계 사양

◇ 좌측 사진의 경우 시중에서 흔히 볼 수 있는 플라스틱 케이스 형태의 알약 보관함이다. 휴대성에 초점을 맞춘 제품이지만 보관기능이 떨어져 약이 쉽게 변질되고 한 칸에 여러 종류의 알약을 함께 보관하기 때문에 서로 다른 주성분을 가진 의약품이 섞어 약물 오용 위험이 크다. 
◇ 우측 사진은 미관상으로도 좋지 않고 공간 활용 또한 비효율적이다. 무엇보다 사용자가 일일이 뚜껑을 열고 약을 먹어야 하는 번거로움이 따르고 섭취 시 넣고 빼는 과정에서 손과 접촉에 의한 오염이 발생할 수 있다. 게다가 사진처럼 여러 가지 약을 챙겨 먹다 보면 복용을 잊어버리거나 빼먹는 경우가 다반사이다.

◇ 조사한 내용을 기반으로 하여 개발하고자 하는 제품이 필요로 하는 요구사항을 목적계통도로 작성하였다.

개념설계안

◇ 하나의 디스펜서 모듈에 한 종류의 알약통이 연결되는 형태
- 하나의 모듈에는 작동을 총괄하는 아두이노 보드, 디스펜서를 구동하는 서보모터, 알림을 담당하는 RTC 모듈과 스피커, IoT를 담당하는 블루투스 모듈, 작동 오류 감지를 담당하는 근접센서로 구성된다.
◇ 하나의 전원 모듈에서 각 디스펜서 모듈로 전원 공급
- 전원 모듈은 C-type 단자를 통해 5V 전압을 공급받아 승압보드를 거쳐 12V로 승압되어 니켈 접지를 통하여 각 디스펜서 모듈로 공급된다. 
◇ 사용자에게 알약 및 복용에 대한 정보를 제공한다.
- 알약의 명칭과 복용 시간을 표시하는 LCD를 장착한다.
◇ 사용자가 원격으로 제품의 기능 제어
- IoT(Internet of Things)를 접목한 알약 디스펜서로 스마트폰을 통해 복용 시간 알림 등을 설정할 수 있고 그 알림을 기기 자체의 알람과 더불어 사용자의 스마트폰에서도 수신할 수 있도록 한다.
◇ 섭취 시 오염 최소화, 편의성을 극대화한 구조
- 사용자가 외부 버튼을 1회 눌렀을 때 아두이노를 기반으로 하는 서보모터가 로터를 회전시켜 통 안의 알약이 나사선에 정렬되도록 만든다. 1개의 알약이 아래로 뚫린 구멍을 통해 알약받이로 디스펜싱된다.

이론적 계산 및 시뮬레이션

상세설계 내용

- 전체 설계도

- 부분설계도 1. 바디부

1-(1) : 아두이노 보드 1-(2) : 서보모터 1-(3) : RTC 모듈 1-(4) : 스피커 1-(5) : 블루투스 모듈 1-(6) : 근접센서 1-(7) : LCD 1-(8) :

- 부분설계도 2. 디스펜서부

◇ 로터는 스크류 모양을 이루며 계단식으로 단차를 가지는 구조이다.
◇ 로터 기둥은 서보모터에 부착을 위한 돌출부를 가지는 구조이다.
◇ 로터를 감싸고 있는 병 고정부는 3방향의 돌출부를 가지고 있어, 바디부의 동일 모양의 홈과 결합하여 고정되는 구조이다.

- 부분설계도 3. 전원부

◇ 전원부는 C-type 충전기를 연결하기 위한 단자가 부착되어 있는 구조이다.
◇ C-type 단자와 승압 보드가 케이블로 연결되는 구조이다.

- 조립순서

◇ 바디부에 LCD와 세 개의 버튼이 조립되어 바디부의 외부를 이룬다.
◇ 바디부 내부에는 측면에 아두이노 우노보드와 RTC 모듈, 하단에 서보모터가 설치되고, 알약 받이를 구분하는 내부 벽 측면에 블루투스 모듈이 위치하고, 후면에 근접센서가 위치한다. 우노보드는 LCD와 세 개의 버튼, 서보모터, 블루투스 모듈, 근접센서에 케이블을 통해 연결한다.
◇ 알약받이는 바디부 전면의 홈에 알맞게 위치시킨다.
◇ 로터를 병 고정부와 결합하여 바디부의 상단 가운데 구멍으로 통과시켜 결합시키고, 로터의 기둥에 있는 돌출부를 서보모터에 부착된 홈에 결합시켜 완성한다.

- 제어부 및 회로설계

- 소프트웨어 설계

결과 및 평가

완료 작품의 소개

프로토타입 사진 혹은 작동 장면

포스터

완료작품의 평가

향후계획

◇ 기존 제품과 비교하여 경제적인 이점이 있는지 확인
◇ 기존 제품에 비하여 본 제품이 사용자의 편의성 향상에 도움이 되는지 설문을 통해 확인
◇ 알약이 걸렸을 때 해결하는 방법에 불편함이 없는지 설문을 통해 확인

특허 출원 내용

내용

급조

목차