정확한 데이터 수집은 정밀한 물리적 레이아웃에서 시작됩니다. 스마트 신발 시스템에서 압력 센서를 특정 해부학적 위치에 배치하는 것은 압력 중심(COP) 궤적을 계산하는 데 필요합니다. 8개의 주요 체중 부하 지점을 대상으로 하여 시스템은 수직 지면 반력(VGRF)의 가중 평균을 적용하여 사용자의 보행선을 효과적으로 매핑할 수 있습니다.
핵심 통찰: 센서 레이아웃을 표준화하는 것은 보행 분석을 위한 필수적인 하드웨어 기반 역할을 합니다. 이를 통해 수집된 압력 데이터가 실제 생체 역학 패턴을 반영하도록 하여 힘 분산 및 움직임 궤적의 정확한 계산을 가능하게 합니다.
해부학적 배치의 물리학
수직 지면 반력 포착
특정 센서 분배의 주된 이유는 가장 중요한 수직 지면 반력(VGRF)을 포착하는 것입니다.
시스템은 전체 깔창을 덮는 대신 일반적으로 8개의 주요 체중 부하 지점에 집중합니다.
이러한 위치는 보행 중 가장 큰 하중을 지탱하는 발의 영역을 나타냅니다.
하드웨어 기반 구축
이러한 공간적 배열은 임의적인 것이 아니라 전체 시스템의 하드웨어 기반 역할을 합니다.
이러한 위치를 표준화함으로써 시스템은 다양한 사용자 간에 물리적 입력이 일관되도록 보장합니다.
이러한 일관성은 족저 압력 분포의 기본 패턴을 분석하는 데 필요합니다.
압력에서 패턴 분석로
압력 중심(COP) 계산
이 분산된 레이아웃의 궁극적인 목표는 압력 중심(COP)을 수학적으로 도출하는 것입니다.
시스템은 특정 해부학적 지점에서 감지된 힘의 가중 평균을 취하여 COP 궤적을 계산합니다.
센서가 무작위로 배치되었다면 이 가중 평균은 왜곡되어 생체 역학 분석에 쓸모없는 데이터를 생성할 것입니다.
보행선 매핑
정확한 COP 계산을 통해 시스템은 보행선을 시각화할 수 있습니다.
이 선은 걸음 동안 발을 통해 이동하는 힘의 경로를 나타냅니다.
보행선 포착은 움직임 문제를 진단하고 사용자가 지면과 상호 작용하는 방식을 이해하는 데 필수적입니다.
데이터 무결성 및 신뢰성 보장
교정의 역할
배치가 중요하지만 효과적이려면 정밀한 교정과 함께 이루어져야 합니다.
교정은 물리적 압력이 디지털 신호로 정확하게 변환되도록 하여 개인의 체중 또는 신발 내부 모양으로 인한 오류를 제거합니다.
이 단계 없이는 완벽하게 배치된 센서조차 일관성 없는 데이터를 생성할 것입니다.
민감도 및 반복성
잘 분산되고 교정된 시스템은 수백 걸음에 걸쳐 높은 반복성을 보장합니다.
이러한 신뢰성을 통해 시스템은 사용자 피로로 인해 종종 발생하는 10% 이상의 압력 증가와 같은 미묘한 변화를 식별할 수 있습니다.
표준화된 배치는 감지된 이러한 변화가 센서 위치 불량으로 인한 것이 아니라 실제 생리적 변화임을 보장합니다.
목표에 맞는 올바른 선택
시스템을 설계하든 사용을 위해 선택하든 센서 레이아웃은 장치의 유용성을 크게 결정합니다.
- 주요 초점이 보행 분석인 경우: 정확한 COP 궤적 및 보행선 계산을 보장하기 위해 표준 8점 분산 시스템을 우선적으로 고려하십시오.
- 주요 초점이 피로 모니터링인 경우: 시스템에 10% 이상의 압력 변화를 일관되게 감지할 수 있는 강력한 교정 프로토콜이 포함되어 있는지 확인하십시오.
전략적인 센서 배치는 단순한 깔창을 인간의 움직임을 해독할 수 있는 정밀 기기로 변환합니다.
요약표:
| 해부학적 위치 범주 | 주요 센서 배치 지점 | 주요 생체 역학적 목적 |
|---|---|---|
| 발뒤꿈치 영역 | 내측 및 외측 종골 | 초기 충격 및 발뒤꿈치 충격 VGRF 포착 |
| 중족골 영역 | 외측 아치 및 내측 아치 | 체중 이동 및 아치 안정성 모니터링 |
| 발 앞부분 영역 | 중족골 머리 (1-5번째) | 압력 중심(COP) 및 추진 단계 매핑 |
| 발가락 영역 | 엄지발가락 | 최종 푸시 오프 및 보행선 완료 추적 |
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참고문헌
- Zhen Song, Zhuoming Chen. Fall Risk Assessment for the Elderly Based on Weak Foot Features of Wearable Plantar Pressure. DOI: 10.1109/tnsre.2022.3167473
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