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스마트 책가방 구현을 위해 필요한 기술들
양대규 기자 | 승인 2018.09.26 08:25

[EPNC=양대규 기자] 책가방이 갈수록 무거워지면서 모든 학생과 학부모들의 주요 걱정거리가 되고 있다. 무거운 책가방을 메고 걸을 때 잘못된 자세를 취하면 척추에 무리를 주며, 지나치게 무거운 책가방을 수년 간 메고 다니면 어린이들에게 돌이킬 수 없는 척추 변형이 생길 수도 있다. 매일 필요하지 않은 책까지 담고 다니면 책가방이 더 무거워질 수 있다.

하지만 이 책들을 필요에 따라 최소화할 수 있다. 이를 관리하기 위해서는 스마트 책가방이 필요하다. 스마트 책가방은 NFC와 RFID 기술을 사용해 학교에 가져갈 책들을 추적하고 관리해준다. 가방 안에 꼭 챙겨야 할 책을 빼먹으면 이를 사용자에게 알려줄 수 있다. 또한, 스마트 책가방은 무게를 관리하고 모션 MEMS를 사용해 걸을 때 잘못된 자세를 취하면 경고해 준다.

◇ 스마트 책가방 구현에 필요한 빌딩 블록

▲ 불필요한 책 식별 (NFC/BLE)

▲ 교사와 부모 간의 동기화를 지원해 매일 필요한 책들 관리 (클라우드)

▲ 아동 알림용 오디오/비주얼 인터페이스 (버저/LCD)

▲ 척추 부담을 감지하는 무게, 걸음 수, 자세 분석 (3축 가속도 센서)

▲ 기능 확장: 과도한 자외선 노출을 감지하는 UV 센서 등

이러한 스마트 책가방에 사용된 하드웨어 부품은 다음과 같다.

▲ 마이크로컨트롤러(STM32F401RE): 모든 부품의 제어

▲ NFC 태그(M24LR04E-R을 기반으로 한 NFC02A1): 책마다 부착해 고유 ID로 식별

▲ NFC 태그 리더(CR95HF-VMD5T를 기반으로 한 NFC03A1): NFC 태그를 부착한 책을 스마트 책가방에 집어넣거나 꺼내는 것을 감지

▲ BLE(SPBTLE-RF를 기반으로 한 IDB05A1): 스마트 책가방을 모바일 앱에 인터페이싱

▲ 가속도 센서(LSM6DS0을 기반으로 한 IKS01A1): 움직임·멈춤과 기울기 각도 감지

▲ 압력 감지 저항(FSR406): 책가방 무게 계산

▲ 2.4인치 TFT LCD(SPFD5408 LCD 컨트롤러): 피드백·경고 디스플레이

▲ 압전 버저(Piezo Electric Buzzer): 과도하게 기울어지는지 측정해 알림

애플리케이션

스마트 책가방은 어린이들이 연약한 어깨로 짊어져야 하는 무게를 덜기 위한 것이며, 학부모와 교사들에게 책가방 무게가 어린이의 자세에 미치는 영향을 평가할 수 있는 방법까지 제공한다. 스마트 책가방 클라우드 네트워크를 구축하면 수업에 필요한 책을 교사와 학생들이 동기화할 수 있으며, 전략을 영리하게 활용해 어린 학생들이 짊어져야 할 무게를 최소화할 수 있다. 예를 들어 돌아가면서 지정하는 방식으로 교사가 한 학급에서 60% 학생들에게만 교과서를 가져오도록 하는 등, 계획적이고 자동화된 방식에 따라 교과서의 공유가 더 잘 이뤄질 수 있다.

평균 책가방 무게와 척추 기울기 정도와 같은 다양한 정보들을 데이터로 수집하고 분석함으로써 책가방 무게를 관리하는 더 나은 전략들을 수립할 수 있다. 또한, 사전 알림이나 경고와 같이 여러 혁신적인 목적을 위해 사용할 수 있는 인터랙티브 인터페이스를 갖추고 있다. STM32의 확장 기능을 통해 GPS와 GSM, Wi-Fi 모듈을 통합할 수 있기 때문에 향후에는 추적과 SOS 서비스도 할 수 있다.

ST에서 개발한 라이브 데모(1)
ST에서 개발한 라이브 데모(2)

스마트 책가방은 비즈니스 가능성도 고려할 수 있다. 학교 관리와 결합해 스마트 책가방과 클라우드 인터페이스를 구축한다면 매우 높은 수익을 올릴 수도 있다.

▲ 전 세계 초등학교 학생 수는 6억 명으로 추산된다(출처: UNESCO).

▲ 인도에서는 학교에 등록된 1억 명의 학생 중 40%가 사립 학교에 다닌다(출처: EY).

▲ 스마트 책가방 기술을 활용할 수 있는 능력은 엄청난 비즈니스 잠재력을 가진다.

이 기술을 변형하면 출장과 같은 경우에도 적용할 수 있다.

▲ 여권이나 업무용 파일과 같은 주요 문서들을 NFC 태그를 사용해 지정한다.

▲ 빠진 서류가 있다는 사실을 여행 가방이 경고해 줄 수 있기 때문에 출발에 임박해 허둥대는 일을 피하게 된다.

▲ 출장이 잦은 사용자를 위해 가방을 끌고 이동한 총 시간과 척추에 가중되는 무게 정보를 제공한다.

이 애플리케이션은 매우 유용하다. 학부모와 학생들은 학교의 교재 요건을 손쉽게 관리하는 인터페이스를 갖게 된다. 교사의 추천 사항이 모두 클라우드 네트워크에서 동기화되면서 모든 교사의 추천 내용을 기억할 필요가 없고 빠뜨릴 염려가 없다. 책가방 무게는 어린이의 체력을 떨어뜨리는 데 지대한 영향을 끼치지만, 이를 부모들은 대체로 무시하고 있다. 그 장기적인 영향을 연구한 결과에 따르면 책가방 무게는 아동의 자연스러운 성장에 방해가 된다.

스마트 책가방은 이러한 현상을 빨리 이해하는 데 도움이 된다. 무게와 척추 부담의 관련성에 대해서는 결정적인 증거를 도출할 수 있으며, 이를 위한 교육 과정 변화에 무게를 실을 수 있다. 매우 유용한 애플리케이션을 통해 어린이가 보다 스마트하고 건강한 방법으로 책가방을 관리하도록 도움을 줄 수 있다. 

글: 리테쉬 쿠마르 필라(Ritesh Kumar Pila), 샬라브흐 아가르왈(Shalabh Agarwal), 

ST마이크로일렉트로닉스 인도

자료제공: ST마이크로일렉트로닉스

 

#ST마이크로일렉트로닉스#스마트 책가방#NFC#BLE#가속도 센서#mcu

양대규 기자  yangdae@epnc.co.kr

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