웨어러블 기반 실시간 자세 교정 홈 트레이닝 시스템 개발

센서 및 M2M 애드혹 네트워크는 한정된 에너지로 데이터를 효율적으로 전송해야 하는 과제를 안고 있습니다. 본 기술은 데이터 싱크 노드가 네트워크 경로, 데이터 종류, 임계 시간 등을 종합적으로 분석하여, 전체 에너지 소비를 최소화하는 데이터 압축 대상 노드와 최적의 압축 알고리즘을 동적으로 결정합니다. 소스 노드 또는 릴레이 노드에서 데이터 특성에 맞는 압축을 수행하며, CPU 연산 에너지, 전송 에너지, 압축 해제 에너지 및 시간 조건까지 고려하여 이진 정수 계획법으로 최적의 솔루션을 제공합니다. 이를 통해 애드혹 네트워크 시스템의 에너지 효율을 극대화하여 시스템 수명을 연장하고 네트워크 유지 비용을 절감하며, 신호 간섭 환경에서도 안정적인 데이터 전송이 가능합니다.

무선 네트워크 환경에서 통신 노드나 AP에 장애가 발생하거나 음영 지역이 생기면 통신이 어려워집니다. 본 기술은 이러한 문제 해결을 위해 무인 비행체를 활용하여 네트워크를 복구하는 방법을 제안합니다. 무인 비행체는 관심 지역을 격자 형태로 탐색하며 각 지점의 패킷 수신율(PRR)을 수집합니다. 수집된 PRR을 바탕으로 통신 불량 지역, 즉 '네트워크 구멍'을 찾아내며, 무인 비행체가 배치될 최적의 '타겟 영역'을 결정합니다. 이후 무인 비행체는 해당 타겟 영역으로 이동하여 AP 또는 통신 노드로서 기능을 수행함으로써 네트워크를 복구합니다. 여러 대의 무인 비행체가 상호 정보를 교환하여 효율적인 탐색 및 배치가 가능합니다. 이 기술은 무선 네트워크의 통신 장애를 신속하게 감지하고 복구하여 안정적인 네트워크 서비스를 제공하는 데 기여합니다.

사물인터넷(IoT) 환경에서 기존 하드웨어 기반 보안 인증은 키 유출 위험에 취약합니다. 본 기술은 이러한 문제점을 해결하고자 플렉서블 기판 위에 카본나노튜브를 형성하여 물리적 복제 방지(PUF) 보안 장치를 개발했습니다. 카본나노튜브의 고유한 분자 비대칭성과 랜덤성에 기반한 시그널 패스를 생성하고, 이를 통해 챌린지-리스폰스 방식으로 보안 인증을 수행합니다. 특히, 열에 약한 플렉서블 기판에 카본나노튜브를 안정적으로 형성하기 위해 희생층 공정을 활용하며, 슬롯 다이 또는 메이어 바 코팅 방식을 적용하여 대량 생산이 용이합니다. 이 기술은 카오스 나노넷 소자의 입출력 단에 다중입력 쉬프트 레지스터를 사용하여 챌린지 및 리스폰스 비트 간 대응 경우의 수를 크게 늘려 보안 안정성을 극대화합니다. 결과적으로 IoT 기기의 데이터 보안을 획기적으로 강화하고, 복제 불가능한 고유의 인증 시스템을 제공하여 안전하고 신뢰할 수 있는 사물인터넷 환경 구축에 기여할 것입니다.

기존 무선 네트워크는 통신 노드나 AP의 부적절한 배치 또는 장애 발생 시 통신 음영 지역이 발생하여 서비스 품질 저하 문제가 있었습니다. 본 기술은 이러한 문제 해결을 위해 무인 비행체를 활용하여 관심 지역의 무선 네트워크 패킷 수신율을 효율적으로 수집하고 진단하는 방법입니다. 무인 비행체는 관심 지역의 위치 정보를 획득한 후, 해당 지역을 격자 형태의 복수 지점으로 구분합니다. 무인 비행체는 이 지점들을 최적화된 경로로 이동하며, 테스트 패킷을 송신하고 주변 통신 노드 또는 AP로부터 피드백 패킷의 수신율(PRR)을 측정하여 저장합니다. 특히, 여러 대의 무인 비행체가 협력하여 탐색 효율을 높일 수 있으며, 2D 평면뿐 아니라 3차원 공간에서도 적용 가능합니다. 수집된 패킷 수신율 데이터를 기반으로 통신이 원활하지 않은 지점이나 영역을 신속하게 파악하고, 이를 통해 네트워크 설치 및 관리 단계에서 발생할 수 있는 음영 지역을 효과적으로 해소할 수 있습니다.

홈 트레이닝 시 부정확한 자세로 인한 운동 효과 저하 및 부상 위험을 해결하고자 합니다. 본 기술은 웨어러블 기기와 동작 인식 장치를 활용하여 사용자의 운동 동작을 실시간으로 분석하고, 전문 트레이너의 참조 자세 정보와 비교하여 개인 맞춤형 피드백을 제공합니다. 신체 각도 데이터와 관절 위치 데이터를 통합 처리하여 사용자 자세 정보를 생성하며, 이를 통해 운동 동작의 정확도, 수정 필요 부위, 속도 등에 대한 상세한 알람을 받을 수 있습니다. 이 시스템은 다수의 사용자도 동시에 모니터링하여 효율적인 홈 트레이닝 환경을 제공하며, 사용자에게 정확한 운동 자세를 유도하여 운동 효과를 극대화하고 부상 위험을 줄이는 데 기여합니다.

사물인터넷(IoT) 환경에서 발생하는 비인가 정보 열람 및 기존 하드웨어 인증 방식의 키 유출 문제 해결을 위해 카오스 나노넷 소자를 이용한 PUF 보안 장치 기술을 소개합니다. 본 기술은 금속성 및 반도체성 나노넷 물질의 성장 과정에서 발생하는 분자 비대칭성을 활용하여 시그널의 모호성을 제거합니다. 차단전류영역에서 특정 전극에 바이어스를 인가하여 시그널 패스의 랜덤성을 극대화하며, 응답 생성기를 통해 챌린지-리스폰스 관계의 경우의 수를 늘려 보안 인증의 안정성을 획기적으로 향상시킵니다. 이로써 사물인터넷 기기의 물리적 복제 방지 특성(PUF)과 보안 신뢰도를 강화할 수 있습니다.

반도체 공정 폐수에는 질소, 인, 불소 등 유해 물질이 고농도로 포함되어 기존 처리 방식들은 경제성이나 효율성 측면에서 한계가 있었습니다. 본 기술은 바덴포 공정과 그래핀 산화물 기반 세라믹 나노 멤브레인 여과를 통합하여 이러한 문제를 해결합니다. 그래핀 산화물 코팅 나노 멤브레인은 미세 기공과 강한 음전하로 암모늄, 불소 이온 등 1가 이온성 물질을 효과적으로 제거합니다. 이를 통해 별도의 약품이나 탄소원 주입 없이 경제적이면서도 효율적인 질소 및 불소 제거가 가능하며, 폐수 처리 시스템의 성능과 비용 효율성을 크게 향상시킬 수 있습니다.

기존 암리논 합성법은 복잡한 다단계 공정, 고온 반응 조건, 위험한 수소 가스 사용 등으로 인해 심각한 합병증을 유발할 수 있는 한계가 있었습니다. 본 기술은 위치선택적 스즈키 커플링 반응을 활용하여 암리논 유도체를 안전하고 효율적으로 제조하는 방법을 제안합니다. 화학식 1 화합물과 피리디닐 보론산의 스즈키 커플링 반응 후, 중간 생성물을 화학식 2 화합물과 반응시키는 방식으로, 종래 대비 축소된 합성 단계와 온화한 산처리 조건으로 탈보호기 반응을 수행합니다. 이를 통해 위험한 수소 가스 없이 고수율(60% 이상)로 암리논 유도체를 얻을 수 있으며, 급성 심부전 치료제 개발 및 생산의 안전성과 효율성을 크게 향상할 수 있습니다.

유방암은 조기 진단이 환자 생존율에 결정적인 영향을 미치지만, 기존 진단법은 초기 병변 검출에 한계가 있었습니다. 본 기술은 혈액 내 알파-1 산성 당단백질(AGP)의 N-당화 변화가 초기 유방암의 핵심 바이오마커임을 규명하였습니다. 렉틴을 활용하여 AGP의 푸코실화, 만노실화, 시알릴화 등 N-당화 수준을 정밀하게 검출하며, 특히 유방암 1기 환자의 혈청에서 이 당화 수준이 현저히 감소함을 확인했습니다. 이를 통해 양성 유방종이나 다른 병기의 유방암과 명확히 구별하여 초기 유방암을 높은 민감도와 특이도로 진단할 수 있습니다. 이 기술은 유방암 조기 진단의 정확도를 획기적으로 높여, 환자의 치료 성공률 향상과 사망률 감소에 크게 기여할 것입니다. 진단 키트 및 정보 제공 방법으로 개발되어 상용화가 기대됩니다.

주사 투여로 인한 환자 고통과 인슐린의 낮은 점막 투과 문제는 당뇨 치료의 큰 과제였습니다. 본 기술은 변이체 TCTP-PTD를 인슐린과 혼합하여 비침습적 점막 전달을 가능하게 합니다. 특정 TCTP-PTD 펩타이드 서열(서열번호 3, 8, 13)이 인슐린의 점막 투과율을 크게 높이며, 이는 비강 투여 시에도 피하주사와 유사한 혈당 강하 효과를 보였습니다. 점막 손상 없이 안전하게 인슐린 생체이용률을 향상시켜 환자의 치료 편의성과 삶의 질을 높일 수 있습니다.

기존 하나의 웨어러블 기기가 가진 운동 자세 교정의 한계를 극복하기 위해, 복수의 웨어러블 기기를 신체 여러 부위에 부착하여 움직임 정보를 통합적으로 수집하는 기술입니다. BLE 통신을 통해 실시간으로 가속도와 각도 데이터를 수신하고, 이를 사전에 저장된 올바른 자세 정보와 비교 분석하여 사용자의 운동 자세를 정밀하게 판단합니다. 이 시스템은 줄넘기, 스쿼트, 런지 등 다양한 운동에 대한 정확한 자세 교정 피드백을 제공하여, 운동 효과를 극대화하고 부상 위험을 줄이는 데 기여합니다. 또한 다중 사용자의 동시 모니터링도 가능하여 스마트 피트니스 경험을 향상시킵니다.

기존 리튬 이차전지의 흑연 음극재는 용량 한계와 실리콘 음극재의 큰 충방전 부피 변화 문제를 가지고 있습니다. 본 기술은 실리카 함유 콜로이드에 산화그래핀을 첨가하여 분말화한 뒤, 마그네시오써믹 반응으로 실리카를 실리콘으로, 산화그래핀을 그래핀으로 동시에 환원시켜 실리콘-그래핀 복합 나노물질을 제조합니다. 이 방법은 자연에 풍부한 실리카를 원료로 사용하여 경제적이며, 제조된 나노물질은 부피 변화를 최소화하고 높은 전기 전도도, 용량, 안정성을 갖는 전극을 형성할 수 있습니다. 리튬 이온 전지 및 다양한 차세대 전지의 고성능 음극재로 활용되어 배터리 성능 향상에 크게 기여할 것으로 기대됩니다.