운동 중 피부온도 추정을 위한 비선형 상태공간 모델 설계에 관한 연구

Abstract

연구 목적은 트레드밀 운동 중과 운동 종료 후, 비선형적인 피부온도변화의 상태공간 모델을 설계하는 것에 있다. 생리학 기전을 기반으로, 운동 강도에 대한 체온조절기전의 상태공간 모델을 구성하였다. 모델은 자율신경계를 대변하는 중앙응답모델, 대사량의 변화를 대변하는 지역응답모델, 심부온도를 대변하는 심부온도응답모델로 구성하였다. 모델은 이 구성요소들의 내부피드백 시스템으로 이루어져 있다. 이 모델의 매개변수를 추정하기 위해, 3명의 피험자를 대상으로 시스템확인(System Identification)을 위한 실험을 수행하였다. 이 모델에 스텝 입력(5,6km/h)에 대한 시스템의 출력을 수집하였다. 그 후, 피험자의 입력과 출력 데이터를 MIMO(Multiple Input and Multiple Output)의 시스템으로 구성하여, 레벤버그-마르카토 방법으로 최적화 과정을 수행하여 매개변수를 추정하였다. 그리고, 시스템의 적합성을 확인해보기 위해서 모델의 시뮬레이션 데이터와 실측데이터를 비교하였다. 그 결과, 개인별 모델에 적합하다고 판단하였다.본 연구에서 제안한 비선형 동적 피부온도변화 모델은 제어의 대상이 될 수 있다는 것에 의미가 있다고 본다. 향후, 심부온도 계측을 통해 모델을 설계한다면, 체온을 예측해야 하는 열상예방 시스템에 응용이 가능할 것으로 사료된다.