가속도계를 이용한 운동 중 에너지소비 추정

Abstract

본 연구에서는 가속도계를 이용하여 운동 중 에너지 소비를 추정하였다. 가속도계로 에너지 소비를 추정하는 대부분의 연구는 가속도계를 체중심에 부착하여 고정된 방법으로 사용하지만 본 연구는 고정되지 않은 방법으로 하의 주머니에 착용하여 그 성능을 평가 하였다. 에너지 소비 추정을 검증하기 위해 28명의 피험자는 가스 교환 방식의 간접칼로리미터 및 가속도계를 동시에 착용하여 모터 구동 방식의 트레드밀에서 실험을 진행하였다. 하의 주머니에 삽입된 가속도계는 인체의 움직임에 의해 외부로부터 쉽게 충격을 받으며 이는 신호의 질을 떨어뜨리는 결과를 초래한다. 이와 같이 외부의 충격에 의한 신호를 제거하기 위해 메디안 필터를 사용하였다. 메디안 필터를 사용하여 펄스 형태의 신호를 쉽게 제거 할 수 있었으며 대역통과 필터링 과정을 통해 가속도 신호의 전 처리 과정을 수행하였다. 가속도계 신호를 분석하여 에너지 소비를 추정을 검증 하기 위해 28명의 피험자중 20명은 실험군으로 분류하고 8명은 대조군으로 분류하였다. 실험군의 데이터를 이용하여 간접칼로리미터의 에너지 소비량을 종속 변수로 두고 가속도 신호의 면적 크기(SMA)를 독립변수로 설정하여 선형 회귀식을 유도하였다. 회귀 모형은 0.986, p<0.000의 결정계수와 유의성을 갖는 회귀 방정식을 얻을 수 있었으며 고정된 가속도계에 비해서 결정계수의 차이는 0.014를 보였다. 대조군의 데이터를 이용하여 에너지 소비 추정 결과 평균적으로 17.03%의 오차를 나타내었으며, 이 결과는 고정된 가속도계의 오차와 2%의 차이를 나타내었다. 또한 가속도 신호 분석 구간을 걷기 및 뛰기 구간으로 분리하여 에너지 소비량을 분석하였다. 그 결과는 전 구간을 이용한 결과에 비해 큰 성능의 개선이 이루어지지 않았지만 향후 각 구간에 대한 실험을 정밀히 시행한다면 높은 수준의 유의성을 보일 것이다. 본 연구에서 설계된 가속도 시스템은 고정되지 않은 방식으로 운동 중 에너지 소비를 추정할 수 있음을 보였으나, 일상생활에서 소비되는 에너지를 추정하기 어려운 단점이 있다. 향후 센서의 움직임으로 인한 잡음을 제거하는 알고리즘의 개발과 다양한 연령층에 대한 에너지 소비량에 대한 연구가 이루어지면 범용적으로 개인의 건강관리과 삶의 수준을 높이는데 사용될 것이다.