본 연구는 다양한 분야의 학문적 지식을 융합하여 경추 교정을 위한 스마트 의류를 개발 하는데 목적이 있다. 이를 위해 관련 분야의 이론적 연구 결과를 참고하여 질적 분석과 양적 분석, 문헌 연구, 사례 분석, 시장 조사, 실증 연구 등의 방법을 사용했다. 연구의 범위는 센서 기술 응용, 경추증 발생 원인, 경추증 치료 방법 및 시장 조사, 정보 처리 기술, 센서 부품 설계, 소프트웨어 설계, 전자 부품 및 의류 디자인 등으로 구성되었다.
본 연구에서는 웨어러블 기술과 의류를 결합하여 경추 자세를 모니터링하는 스마트 의류를 개발하고자 하였다. 이를 위해 센서 기술의 응용, 시스템 설계, 의류 구조 설계, 원단의 활용, 디자인 공정 등 다섯 가지 차원에서 연구를 진행하였다. 주요 센서로는 자이로스코프 거리 측정 센서를 사용하였으며, 건강 모니터링, 정보 피드백, 진동 알림 기능 등을 갖춘 고개 숙임 방지 스마트 의류를 설계하였다. 본 연구의 실증 연구는 사용자 설문조사, 경추 각도 측정 연구, 예비 실험 및 설계 수정, 의류 프로토타입 개발 및 센서와 의류의 결합 테스트 평가 연구로 진행되었다.
본 연구의 경추 질환의 발생 원인에 대한 선행 연구를 통해 오랜 시간 고개 숙인 자세가 경추 질환의 주요 원인임을 확인하였다. 그다음으로, 사용자 설문 조사를 통해 연구 대상과 디자인 선호도를 파악하고, 실험 대상에 경추 기울기 각도 실험을 진행했다. 그리고 측정된 데이터에 대해 회귀 및 상관분석을 실시하고, 그 분석된 정보를 기반으로 경추 자세를 모니터링할 수 있는 스마트 의류 시스템을 개발하였다. 그다음, 경추 고개 숙임 모니터링 실험과 예비 실험법을 통해 앞가슴 쪽에서 경추가 숙여진 자세를 정확히 확인할 수 있다는 것을 발견한 후, 남성용 후드와 여성용 조끼로 이루어진 두 가지 스타일의 의류를 디자인하였다. 모니터링 장치는 가슴 앞부분에 장착하였으며, 전자 부품, 배터리 장치, 전선 등의 위치를 적절히 고려하여 모니터링 효과와 일상적인 착용 니즈를 모두 충족시켰다. 마지막으로, 스마트 의류를 제작한 후 소프트웨어 테스트와 착용자 및 전문가의 평가 실험을 수행했다. 실험 결과, 모니터링 효과가 뛰어나며, 경추 자세를 실시간으로 모니터링할 수 있고, 핸드폰 인터페이스를 통해 알림도 울릴 수 있는 것을 확인했다. 본 연구의 개발과 실증 과정은 스마트 의류 분야에 혁신적인 연구 자료를 제공하며, 개개인의 건강에 대한 다양한 선택지를 제공하는 동시에 의류의 스마트화 발전에 기여할 수 있다. 본 연구의 결과는 다음과 같다.
연구결과 첫째, 이론적 고찰 연구와 제품 조사 분석을 통해 경추를 모니터링하는 스마트 의류 개발을 위한 기초자료를 수집하고 현재 스마트 의류 개발 현황과 연구 방향을 파악한 결과 스마트 의류를 구현하는 기능적 수단은 센서인 것을 알게 되었다. 센서는 스마트 의류에 널리 응용되고 있으며, 본 연구에 견고한 이론적 토대를 제공한다. 또한 센서와 경추 문제, 경추 치료법에 대한 선행 연구를 진행하여 현재 본 연구의 제품 개발에 적합한 센서는 안정적인 성능, 작은 크기, 성숙한 기술, 민감한 모니터링 효과가 장점인 자이로 센서로 결론지었다. 경추증의 발생 원인은 선천적으로 발육이 좋지 못한 경추로 인한 것이거나 생활, 노동, 자세 불량 등 후천적인 영향으로 인한 것이다. 치료 방법은 주로 중의학과 서양의학을 결합한 두 가지가 있다. 따라서 본 논문에서는 선행 연구를 바탕으로 경추 스마트 모니터링 의류의 연구 목적을 보다 명확히 하고, 설문조사와 경추 각도 자세 실험, 예비 모니터링 실험 3단계로 나누어 실증 연구를 수행하였다.
둘째, 사용자 설문조사를 통해 다수의 대학생이 경추 문제를 겪고 있으며, 대부분의 발생 원인은 전자기기의 장시간 사용, 잘못된 자세, 운동 부족, 장시간 고개 숙임으로 인한 경추 통증 때문인 것을 알게 되었다. 따라서 대학생을 본 연구 대상으로 최종 선정하였다. 사용자 설문조사에 따르면 스마트 의류에 대한 사용자의 인지도는 낮지만 수용도는 높은 것으로 나타났다. 또한 조끼, 맨투맨 등 일상복을 선호하는 경향이 있어 어느 장소에서나 착용할 수 있는 일상복으로 디자인 방향을 잡았다. 이는 패션 미관과 소재 안전 신뢰성, 친환경성, 민감한 모니터링, 쾌적성, 합리적 가격을 특징으로 하는 경부 자세 모니터링용 스마트 의류다.
셋째, 사용자 설문조사 결과를 통해 연구 대상자를 선정하였고, 실험 대상자의 경추 전경 각도 실험을 실시하였으며, 선행 연구와 시험 결과 분석을 통해 인체의 정상적인 전경 각도가 0~45°인 것을 알아냈다. 45°보다 크면 비정상각도이며, 학생들의 전경 각도는 45°~50°, 50°~55°, 55°~60°로 60°이상인 사람이 많았다. {경추의 고개 숙임 각도=90°-경추 전경 각도}에 따라 최종적으로 계산한 경추 통증이 오는 경추 전경 각도 및 시간은 {40°~30°}26분, {45°~40°}30분, {<30°}24분이다. 경추 고개 숙임 각도와 경추 통증이 오는 시간을 분석한 데이터를 기반으로 경추 모니터링 시스템의 범위값을 발견하였다.
넷째, 고개 숙임 각도의 범위값으로 경추 모니터링 실험을 진행하고, 실험을 통해 모니터링 장비와 최적의 장비 위치를 결정하였다. 레이저 거리측정기와 자이로스코프 및 STM32 칩을 사용하여 인체의 앉은 자세로 인한 문제를 모니터링했다. 실험 결과 자이로스코프와 STM32 칩을 결합하면 스마트 의류 디자인의 니즈와 의류 미관상의 니즈도 충족시킬 수 있다. 경추가 앞으로 기울어진 각도에서 최대한의 모니터링이 가능하면서 일상생활에 불편을 주지 않으려면 장비의 적합한 위치는 고개 숙인 자세에서 앞가슴 쪽인 것을 파악하였다. 따라서 본 실험의 연구 결과는 경추 스마트 모니터링 의류의 설계 및 개발에 응용되었다.
다섯째, 예비 실험 결과에 따라 편의성과 미관성을 갖춘 스마트 의류를 디자인하고 개발하였으며, 본 논문에서는 전자 부품, 배터리 장비, 전선 등을 의류 내부에 적절히 배치한 남녀 맨투맨과 조끼를 개발하였다. 앞가슴에 내장 포켓을 만들어 모니터링 장비를 쉽게 설치할 수 있도록 했고, 배터리와 전선 등의 부품도 포켓 안쪽에 설치했다. 일상에서 착용 가능하고, 모니터링 효과도 있으면서, 미관에 관한 니즈도 충족시키는 스마트 의류 제작을 목표로 하였다. 가장 효과적인 디자인으로 제품을 제작하였고 최종적으로 제품 평가와 장비 테스트를 진행했다.
여섯째, 사용자 착용 평가와 전문가 평가를 거쳐 스마트 의류의 모니터링 효과와 쾌적성 측면에서 사용자와 전문가 모두에게 높은 평가를 받았다. 모니터링 장비는 앞가슴 쪽에 장착하여 고개 숙임 각도를 실시간으로 모니터링하고 휴대폰 인터페이스를 통해 데이터를 전송하여 사용자에게 제때 알림을 보내 자세를 교정할 수 있도록 하였다. 실험 과정 중 모니터링 알림 효과, 쾌적성, 외관 만족도, 부품 장착 위치 등에서 사용자들로부터 높은 점수를 받았으며 전문가들도 의류의 전반적인 구조와 여유량 설계에 대해 4점 이상의 평점을 줬다. 평가 결과에 따라 사용자의 심미적 수요를 충족시키기 위해 페이크 레이어링 디자인 방식으로 의류의 외형 구조를 개선하였다.
종합하자면 본 연구의 개발 및 실증 과정은 중요한 실용적 가치와 학술 가치를 지니며 스마트 의류 분야, 경추 건강 분야와 인체 공학 분야의 발전을 촉진하는 데 기여할 것으로 본다. 또한 본 연구의 아이디어와 연구 방법은 관련 분야 연구를 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것이다. 나아가 본 연구 결과는 일상이 스마트화 되어 가는 상황에서 헬스케어 분야에도 활용 및 적용될 수 있길 기대한다.