바이노럴 보청기(양이 보청기)를 활용한 '인체 통신'(커뮤니케이션) 활용방법 - 웨어러블 기술 대안 관점

웨어러블 기술은 모두 차세대 전자 제품을 인수할 태세를 갖추고 있는 것처럼 보이지만 대부분의 무선 통신 기술은 이에 부합하지 않습니다. 이 문제를 해결하기 위해 과학자들은 인체 조직이 전자기 신호의 전송 매체로 사용되는 인체 통신에 대해 깊이 연구했습니다. 그들의 발견은 바이노럴 보청기 및 이어폰과 같은 더 효율적이고 안전한 머리에 착용하는 장치로 가는 길을 열어주고 있습니다.

 

현대의 휴대용 장치는 소형화 및 무선 통신이 크게 발전한 결과입니다. 이제 이러한 장치를 기능 손실 없이 더 작고 가볍게 만들 수 있으므로 차세대 전자 제품의 상당 부분이 웨어러블 기술을 중심으로 이루어질 것입니다. 그러나 웨어러블이 포터블을 진정으로 추월하기 위해서는 장치가 "무선 신체 영역 네트워크"(또는 WBAN)로 서로 통신하는 방식을 고려해야 합니다. 수신기에 도달하기를 희망하면서 주변 영역으로 신호를 방사하기 위해 안테나를 사용하는 일반적인 접근 방식은 웨어러블에 적합하지 않습니다. 그러나 이러한 전송 방식은 많은 에너지를 필요로 할 뿐만 아니라 사이버 보안 측면에서도 안전하지 않을 수 있습니다.

하지만 웨어러블 기술에 대한 대안은 무엇일까요? 한 가지 유망한 접근 방식은 신체 자체를 신호를 전송하는 매체로 사용하는 "인체 통신"(HBC)입니다. 이것의 주요한 관점은 일부 전기장이 주변 영역으로 누출되지 않고 신체 내부로 매우 효율적으로 전파될 수 있다는 것입니다. 피부에 착용하는 장치를 전극과 연결함으로써 Bluetooth와 같은 기존 무선 프로토콜에서 사용되는 것보다 상대적으로 낮은 주파수를 사용하여 서로 통신할 수 있습니다. 그러나 HBC에 대한 연구도 20년 넘게 시작되었지만 이 기술은 대규모로 사용되지 않았습니다.

 

HBC의 모든 잠재력을 충분히 탐구하기 위해 도쿄 이과 대학의 Dairoku Muramatsu 박사와 도쿄 대학의 Ken Sasaki 교수를 포함한 일본의 연구원들은 아직 미개척된 용도인 바이노럴 보청기에 HBC를 사용하는 데 중점을 두었습니다. 이러한 보청기는 각 귀에 하나씩 쌍으로 제공되며 음장에 적응하기 위해 서로 통신함으로써 착용자의 명료도와 소리 위치 파악을 크게 향상시킵니다. 이 보청기는 피부와 직접 닿기 때문에 HBC에 대한 완벽한 후보 응용 프로그램을 만들었습니다. 전자 저널에 발표된 최근 연구에서, 연구원들은 상세한 수치 시뮬레이션을 통해 한쪽 귀의 전극에서 방출된 전기장이  사람의 머리에 어떻게 분포하고 반대쪽 귀의 수신 전극에 도달하는지, 그리고 그것이 디지털 통신 시스템에서 활용될 수 있는지 여부를 조사했습니다. 실제로 연구원들은 이전에 실제 인간을 대상으로 HBC에 대한 실험 연구를 수행했으며 그 결과는 Electronics 에도 발표되었습니다.

 

연구원들은 복잡한 정도가 다른 인체 모델을 사용하여 먼저 시뮬레이션에서 정확한 결과를 보장하기 위해 최상의 표현을 결정한 다음 이것이 결정되면 Muramatsu 박사가 말한 것처럼 다양한 시스템 매개변수 및 특성의 영향을 탐색했습니다.  무라마츠 교스는 "우리는 송수신기 전극의 입력 임피던스 특성, 송수신기 사이의 전송 특성, 머리 내외부의 전기장 분포를 계산했다. 이를 통해 제안된 HBC 시스템의 전송 메커니즘을 명확히 했다."라고 말합니다.  

마지막으로 이 결과로 결과를 통해, 가장 좋은 전극 구조를 결정했습니다. 또한 시스템으로 인한 전자파 노출 수준을 계산하고 현대 안전 표준에 따라 인체에 완전히 안전하다는 것을 발견했습니다.

 

전반적으로, 이 연구는 HBC의 잠재력을 보여주고 이 유망한 기술의 적용 가능성을 확장합니다. 결국, 보청기는 머리에 착용하는 모든 최신 무선 장치 중 하나에 불과합니다. 예를 들어 HBC는 무선 이어폰에 구현되어 훨씬 적은 전력으로 서로 통신할 수 있습니다. 또한 HBC에 사용되는 전파는 신체 외부에서 빠르게 감쇠하기 때문에 별도의 사람들이 HBC 기반 장치를 사용하면 동일한 공간에서 잡음이나 간섭을 일으키지 않고 유사한 주파수에서 작동할 수 있습니다. 

 

"우리의 결과로 우리는 보청기에 국한되지 않고 다른 머리 장착형 웨어러블 장치에도 적용할 수 있는 안정적인 저전력 통신 시스템을 향한 큰 진전을 이루었습니다 .뿐만 아니라 귀걸이와 피어싱과 같은 액세서리를 사용하여 새로운 커뮤니케이션 시스템을 만들 수도 있습니다 ."라고 Muramatsu 박사는 결론지었습니다.

 

 

- 자료 및 원문출처 : Tokyo University of Science  / ScienceDaily

- 참조 저널:

1. 무라마츠 다이로쿠, 사사키 겐. 헤드마운트 웨어러블 기기의 인체통신 전송해석 전자, 2021; 10 (10): 1213 DOI: 10.3390/전자 10101213

 

 

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