KR102250606B1 - 스마트 매트리스 - Google Patents

Abstract

본 발명은 사용자(수면자)의 신체를 받쳐주는 매트리스; 상기 매트리스에 적층되는 커버; 및 상기 매트리스와 상기 커버 사이에 마련된 센서부;를 포함하여, 사용자가 상기 커버에 안착하면, 상기 센서부가 작동하여, 사용자의 움직임 및 생체 신호을 추적하면서 수면 상태를 측정할 수 있는 스마트 매트리스 및 스마트 매트리스 시스템을 제공하여, 사용자의 수면 상태를 추적함으로써 사용자의 수면 습관을 개선하는 효과가 있다.

Description

스마트 매트리스{Smart Matteress}

본 발명은 스마트 매트리스에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 매트리스 사용자의 수면 상태를 측정 및 관리하는 스마트 매트리스 및 스마트 매트리스 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 매트리스는 침대틀상에 탑재되어 쿠션력 및 완충력을 제공하는 수단으로서 사용자의 수면을 도와준다. 이러한 매트리스는 스프링 조립체의 상면과 하면에 각각 적층되는 쿠션부재를 이용하여 쿠션력 및 완충력을 제공하는 취침기구로서, 이 매트리스는 상기 스프링 조립체에 몰딩폼을 밀봉 또는 탑재한 상태에서 그 상면에 쿠션부재를 개재하고 커버를 재봉하여 구성한다

한편, 사용자의 수면 상태를 측정하기 위해 매트리스에 사용자가 안착하고, 뇌파, 심전도 등을 측정하기 위해서 신체에 일부 장비들을 부착하여 측정하거나, 손목시계형 팔찌나 팬던트 등의 장치를 통해 사용자의 수면 상태를 모니터링하였다. 신체에 부착된 장치를 통해 혈압, 맥박, 체온 등의 생체정보가 측정되고, 측정된 생체정보가 기준치를 벗어나는지 등의 여부를 모니터링하여 수면 상태를 측정할 수 있었다.

그러나 기존의 수면 측정 장치 사용자들은 센서가 무겁고, 몸에 부착할 경우 수면이 불편하다는 이유 등으로 수면 측정 장치를 거부하여 측정이 어려운 문제가 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 수면중인 사용자의 움직임 및 생체 신호를 측정하고, 측정된 사용자의 움직임 및 생체 신호를 분석하여 사용자의 수면 상태를 검출하며, 사용자의 수면상태를 수집 및 분석하여 얻은 사용자의 수면 패턴을 하나의 건강 관리 서비스로서 사용자의 휴대기기를 통해 출력할 수 있는 스마트 매트리스를 제공하는데 있다.

그러나 본 발명의 목적들은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 사용자(수면자)의 신체를 받쳐주는 매트리스; 상기 매트리스에 적층되는 커버; 및 상기 매트리스와 상기 커버 사이에 마련된 센서부;를 포함하여, 사용자가 상기 커버에 안착하면, 상기 센서부가 작동하여, 사용자의 움직임 및 생체 신호을 추적하면서 수면 상태를 측정할 수 있는 스마트 매트리스를 제공한다.

또한, 상기 센서부는, 사용자가 상기 커버에 압력을 가하면, 상기 커버로부터 가해지는 압력을 측정하는 압력센서를 포함하는 스마트 매트리스를 제공한다.

또한, 상기 압력센서는, 터치센서와, 피에조 센서, FSR 필름 센서 중 적어도 어느 하나 이상으로 구비된 스마트 매트리스를 제공한다.

또한, 상기 센서부는, 사용자의 심박수 및/또는 맥박수를 측정하는 심박센서와, 사용자로부터 발생하는 소리와 호흡량 중 적어도 하나를 측정하는 소음측정 센서와, 상기 커버의 주변 온도 및 습도를 측정하는 대기감지센서를 구비하는 스마트 매트리스를 제공한다.

본 발명은 또한, 상기 스마트 매트리스, 상기 스마트 매트리스와 유무선 통신하는 수면 트래킹 서버 또는/및 사용자 단말기를 포함하는 스마트 매트리스 시스템으로서, 상기 수면 트래킹 서버 또는 사용자 단말기는, 상기 센서부가 작동하여 감지된 사용자의 움직임 및 생체 신호을 바탕으로 사용자의 수면을 추적하여 렘(REM) 수면 또는 논렘(NREM) 수면 상태인지를 판단하는 수면 판단부를 포함하는 스마트 매트리스 시스템을 제공한다.

또한, 상기 수면 판단부는 상기 논렘 수면 상태를 4단계로 구분하여 판단하는 스마트 매트리스 시스템을 제공한다.

또한, 상기 수면 트래킹 서버 또는 사용자 단말기는 스마트 매트리스가 받는 압력에 따라 체압 분산 및 분포된 상태를 3차원 그래프로 시각화하거나 다양한 색이나 명암으로 구분되는 색분포로 시각화하여 디스플레이하는 출력부를 더 포함하는 스마트 매트리스 시스템을 제공한다.

또한, 상기 출력부는 시간 경과에 따른 체압 분산 및 분포 변화를 디스플레이하는 스마트 매트리스 시스템을 제공한다.

본 발명의 스마트 매트리스에 따르면, 사용자의 수면 상태를 추적하여 사용자의 수면 습관을 개선하는 효과가 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 첨구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 매트리스를 나타내는 측면도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 매트리스 시스템 구성도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 매트리스를 나타내는 블럭도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 매트리스를 나타내는 순서도,
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 그래프를 나타내는 도이다.

이하에 본 발명을 상세하게 설명하기에 앞서, 본 명세서에 사용된 용어는 특정의 실시예를 기술하기 위한 것일 뿐 첨부하는 특허청구의 범위에 의해서만 한정되는 본 발명의 범위를 한정하려는 것은 아님을 이해하여야 한다. 본 명세서에 사용되는 모든 기술용어 및 과학용어는 다른 언급이 없는 한은 기술적으로 통상의 기술을 가진 자에게 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다.

본 명세서 및 청구범위의 전반에 걸쳐, 다른 언급이 없는 한 포함(comprise, comprises, comprising)이라는 용어는 언급된 물건, 단계 또는 일군의 물건, 및 단계를 포함하는 것을 의미하고, 임의의 어떤 다른 물건, 단계 또는 일군의 물건 또는 일군의 단계를 배제하는 의미로 사용된 것은 아니다.

한편, 본 발명의 여러 가지 실시예들은 명확한 반대의 지적이 없는 한 그 외의 어떤 다른 실시예들과 결합될 수 있다. 특히 바람직하거나 유리하다고 지시하는 어떤 특징도 바람직하거나 유리하다고 지시한 그 외의 어떤 특징 및 특징들과 결합될 수 있다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예 및 이에 따른 효과를 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 매트리스를 나타내는 측면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 시마트 매트리스 시스템에 관한 도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 매트리스를 나타내는 블럭도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 매트리스를 나타내는 순서도이고, 도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 그래프를 나타내는 도이다.

도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 스마트 매트리스에 대하여 일 실시예를 설명하면, 스마트 매트리스 시스템은 스마트 매트리스(1), 상기 스마트 매트리스와 유무선 통신하는 수면 트래킹 서버(200) 또는/및 사용자 단말기(300)를 포함하는 스마트 매트리스 시스템일 수 있다. 사용자 단말기는 수면 트래킹 서버와 유무선 통신할 수 있으며, 스마트 매트리스(1)와 직접 유무선 통신할 수도 있다. 유무선 통신 방법은 제한되지 않으며, 상용화된 방법을 이용할 수 있다.

상기 수면 트래킹 서버 또는 사용자 단말기는, 상기 센서부가 작동하여 감지된 사용자의 움직임 및 생체 신호을 바탕으로 사용자의 수면을 추적하여 렘(REM) 수면 또는 논렘(NREM) 수면 상태인지를 판단하는 수면 판단부를 포함한다.

먼저, 본 발명의 일실시예에 따른 스마트 매트리스를 설명한다. 스마트 매트리스는 사용자(수면자)의 신체를 받쳐주는 매트리스(10)와, 매트리스(10)에 적층되는 커버(30)와, 매트리스(10)와 커버(30) 사이에 마련된 센서부(20)를 포함한다. 사용자가 커버(30)에 안착하면, 커버(30)를 통하여 압력이 전달되어 센서부(20)가 작동하고, 사용자의 움직임 및 생체 신호를 추적(트래킹;Tracking)하면서 수면 상태를 측정할 수 있게 된다.

매트리스(10)는 사용자의 인체가 직접 접촉하는(별도의 시트가 더 적층될 수도 있음) 커버(30)가 적층되고, 커버(30)의 하부 즉, 매트리스(10)와 커버(30) 사이에 구비되는 센서부(20)을 포함한다. 여기서, 매트리스(10)는 폴리우레탄, 라텍스, 합성수지 중 적어도 어느 하나의 재질로 구성될 수 있다. 그러나 이러한 소재들로 한정되는 것은 아니며, 천연 섬유소재, 탄성부재 등도 사용될 수 있다. 커버(30)는 사용자가 안착하여 신체에 접촉되는 시트 등으로 마련될 수 있다.

센서부(20)는 매트리스(10)와 커버(30)의 사이에 구비되어, 사용자의 움직임을 감지하고, 사용자의 심박수, 맥박수 및 호흡량, 소리에 대한 정보 중 적어도 하나 이상을 감지한다. 센서부(20)는 수면시 사용자의 수면상태에 대하여 실시간으로 또는 주기적으로 측정할 수 있다. 이러한 센서부(20)는 복수개의 센서를 마련하여 수면상태 판단의 정확도를 높일 수 있다.

센서부(20,130)는 압력센서, 대기감지센서(온도 센서, 습도센서), 심박센서, 맥박센서, FSR필름센서, 소음측정센서 등을 포함한다. 이러한 센서부(20,130)에서 얻은 측정값은 제어부(100)를 통해 무선통신부(140)를 이용하여 외부의 수면 트레킹 서버 및/또는 사용자 단말기로 전송될 수 있다.

압력센서는 사용로부터 가해지는 압력을 측정할 수 있다. 압력센서는 로드셀(load cell)로 구성되고, 종방향으로 소정 간격 이격되어 평행하게 배치되는 복수 개의 상부전극와, 복수 개의 상부전극과 서로 교차하도록 횡방향으로 소정 간격 이격되어 평행하게 배치되는 복수 개의 하부전극과, 상부전극과 하부전극 사이에 구비되는 유전체층을 포함하여 구비될 수 있다. 압력센서는, 터치센서, 피에조 센서, 사용자 체중의 분산 및 분포도를 추적할 수 있는 FSR필름센서 등으로 구비될 수 있다.

심박센서와 맥박센서는 각각 사용자의 심박수 및/또는 맥박수를 측정한다. 소음측정센서는 사용자로부터 발생하는 소리와 호흡량 중 적어도 하나를 측정한다. 즉, 소음측정센서는 사용자의 코고는 소리, 이가는 소리, 잠꼬대, 뒤척이는 소리, 숨쉬는 소리 등을 감지한다. 대기 감지 센서는 커버(30)에 표면 주변의 온도 및 습도를 측정할 수 있다. 이때, 제어부(100)는 소음측정센서로부터 사용자의 소리를 측정된 소음값을 전송받아 노이즈를 제거하여 사용자에게서 발생하는 소음만을 분석함으로써 정확성을 높일 수 있다.

또한, 스마트 매트리스에는 별도의 입력부(110)를 구비할 수 있다. 입력부를 통해 사용자 정보의 입력과 새로운 사용자 정보를 직접 입력할 수 있다. 일례로, 스마트 매트리스에 구비된 터치패널로 구성될 수 있다. 입력부를 통해 입력된 정보는 제어부를 거쳐 무선통신부를 통해 외부에 전송할 수 있다.

한편, 수면 트래킹 서버 또는 사용자 단말기에서 상기 입력부의 기능을 수행할 수 있으며, 이 경우 스마트 매트리스의 입력부는 생략될 수 있다.

다음, 스마트 매트리스 시스템에 있어서, 상기 수면 트래킹 서버 또는 사용자 단말기는, 상기 센서부가 작동하여 감지된 사용자의 움직임 및 생체 신호을 바탕으로 사용자의 수면을 추적하여 렘(REM) 수면 또는 논렘(NREM) 수면 상태인지를 판단하는 수면 판단부를 포함할 수 있다(한편, 수면 판단부는 스마트 매트리스 자체에 존재할 수도 있으며, 이를 본 발명에서 제외하지 않는다). 수면 트래킹 서버 또는 사용자 단말기는 스마트 매트리스로부터 전송된 센싱 정보를 실시간 또는 주기적으로 저장하는 저장부를 둘 수 있다.

또는, 사용자 단말기에 상기 수면 판단부를 구비할 수도 있다. 상기 수면 판단부는 수면 트래킹 어플리케이션을 설치하여 수행될 수 있다. 사용자 단말기는 수면 트래킹 서버를 통해 센싱 정보를 제공받을 수도 있으며, 스마트 매트리스와의 무선 통신을 통해 직접 센싱 정보를 제공받을 수도 있다.

상기 수면 판단부는 상기 논렘 수면 상태를 4단계로 구분하여 판단할 수 있다. 여기서 렘수면은, 깨어 있는 것에 가까운 얕은 수면이며, 안구의 빠른 운동에 의해 구분된 수면의 단계이다.

논렘수면을 4단계로 구분할 경우, 1단계는 졸립고, 나른하며, 심박수, 호흡수 약간 감소하며, 아주 짧은 구간인 잠에 드는 구간으로 뇌파가 베타파에 알파파로 바뀌는 구간이다. 또, 2단계는 심박수, 호흡수 감소, 체온 감소, 주변환경 자극을 거의 느끼지 못하고, 노력하면 깰수는 있으며, 잠에 깊이 빠져드는 구간으로 방추형과 K복합 뇌파가 나타나는 구간이다. 3단계는 부교감신경, 자극에도 반응이 없고, 깊이 잠든 상태로서 근골격계 완전 이완, 코골이 등이 가능하며, 이때에는 몽유병, 야경증 같은 수면 장애가 발생할 수 있고, 이는 무의식 중에 발생하여 인지하지 못한다. 4단계는 깊은 수면, 심박수와 호흡수는 깨어있을 때보다 20~30% 감소하고, 근육은 매우 이완된 상태로, 꿈도 가능하고, 성장호르몬이 분비된다. 여기서, 3단계와 4단계는 델타파가 나오기 시작하며 3단계와 4단계는 델타파의 양으로 구분될 수 있다.

렘수면 및 논렘수면의 판단은 다양한 사용자의 센싱 정보를 빅데이터화하여 분석함으로써 소정 기준을 정할 수 있다. 예시로서, 다수의 피시험자 뇌파 정보 및 스마트 매트리스 센싱정보를 함께 취득하여 빅데이터화하고, 뇌파 정보 및 스마트 매트리스 센싱 결과를 비교 분석하여 렘수면 및 4단계의 논렘수면 각각에서의 스마트 매트리스 센싱의 기준값을 정할 수 있다.

수면 판단부는 센서부(20,130)에서 전송받은 센싱값을 이용하여 각 수면 단계에서의 센싱 기준값과 대비하여 렘수면인지 여부 및 논렘수면의 몇단계인지를 판단하고, 그 결과를 그래프, 숫자, 문자 등으로 결과를 도출하거나 점수화할 수 있다.

상기 수면 트래킹 서버 또는 사용자 단말기는 출력부를 더 포함할 수 있으며, 상기 출력부는 수면 판단부에서 도출된 결과를 시각적으로 디스플레이할 수 있으며, 그래프, 숫자, 문자, 색상 등을 이용하여 디스플레이할 수 있다. 또한, 사용자의 수면 시간 경과에 따라 변화되는 수면 판단 결과를 디스플레이할 수 있다. 이를 통해 언제 렘수면/논렘수면이었는지, 렘수면 총시간 및 논렘수면 총시간 등을 사용자가 쉽게 알 수 있게 된다.

한편, 출력부는 각각의 센싱 정보를 별도로 디스플레이할 수도 있으며 일례로, 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 스마트 매트리스가 받는 압력 정보를 바탕으로 체압 분산 및 분포된 상태를 3차원 그래프로 시각화하거나 다양한 색이나 명암으로 구분되는 색분포로 시각화하여 디스플레이할 수 있다. 예를 들어, 압력이 높은 엉덩이 부분은 붉은색으로 표시되고, 상대적으로 압력이 낮은 등 및 허리쪽은 파란색으로 표시될 수 있다. 3차원 그래프로 표현하는 경우에는, 압력이 높은 부분을 높은 그래프로 표현하고 낮은 부분을 낮은 그래프로 표현할 수 있다. 또한, 상기 출력부는 시간 경과에 따른 체압 분산 및 분포 변화를 시각적으로 디스플레이할 수 있다.

이를 통해 사용자가 수면 중의 움직임 정도, 수면 자세 등을 확인하여 수면 자세 교정도 이루어질 수 있게 된다.

또한, 출력부는 수면 중의 뒤척임 횟수, 심박수, 맥박수, 호흡량(무호흡 등), 코고는 시간 등을 나타낼 수 있다.

도 3을 참조하여 본 발명의 스마트 매트리스의 작동방법을 설명하면, 사용자가 입력부를 통해 사용자 개인정보 등을 입력한다(S10). 센서부(20,130)는 스마트 매트리스에 누운 사용자의 움직임 및 생체 신호를 실시간으로 센싱하여 측정한다. (S20).

수면판단부는 센서부(20,130)에서 측정한 측정값들을 무선통신부(140)를 통하여 수신하고, 사용자 수면 트레킹을 진행하여 수면을 판단하며, 렘수면/논렘수면 단계 결과값을 도출한다(S30).

사용자가 스마트 매트리스에서 벗어나 부존재하는 경우(S40), 수면 종료로 판단하여 수면 트레킹 서버 및/또는 사용자 단말기는 수면 트레킹을 종료한다(S50). 출력부는 수면 트레킹 결과값을 자동으로 또는 사용자의 요청에 의해 디스플레이 한다.

수면 판단부의 수면 판단의 일례로서, 전송받은 측정값을 기초하여 논렘수면의 최초 심박수, 맥박수와, 호흡수가 약간 감소하면, 논렘수면 1단계로 판단하며, 논렘수면의 1단계에서 심박수, 맥박수와 호흡수, 체온 등이 감소하면, 2단계의 조건에 해당하는 것으로 판단한다. 논렘수면의 2단계에서, 근골격계 완전 이완으로 압력센서에 가해지는 압력값이 커지고, 코골이 등을 감지하면 논렘수면 3단계로 판단한다. 논렘수면의 3단계에서 근육이 매우 이완된 상태로 압력값이 더 높아지고, 심박수와 맥박수, 호흡수 등이 깨어있을 때 측정시(최초)보다 20~30% 감소하면, 논렘수면 4단계로 판단한다.

이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 매트리스는 사용자의 수면 상태를 실시간으로 추적하여 사용자의 수면 상태를 알려주고, 수면 습관을 개선할 수 있는 효과가 있다.

전술한 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의하여 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 매트리스
20: 센서부
30: 커버

Claims (8)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 사용자의 수면 상태를 실시간으로 추적하여 사용자의 수면 상태를 알려주고 수면 습관을 개선하기 위한 스마트 매트리스 시스템에 있어서,
   상기 스마트 매트리스 시스템은 스마트 매트리스, 및 상기 스마트 매트리스와 유무선 통신하는 수면 트래킹 서버 또는/및 사용자 단말기를 포함하고;
   상기 스마트 매트리스는 사용자의 신체를 받쳐주는 매트리스, 상기 매트리스에 적층되는 커버, 및 상기 매트리스와 상기 커버 사이에 마련된 센서부를 포함하여, 사용자가 상기 커버에 안착하면 상기 센서부가 작동하여 사용자의 움직임 및 생체 신호를 추적하면서 수면 상태를 측정하며;
   상기 수면 트래킹 서버 또는 사용자 단말기는,
   상기 센서부가 작동하여 감지된 사용자의 움직임 및 생체 신호를 바탕으로 사용자의 수면을 추적하여 렘(REM) 수면 또는 논렘(NREM) 수면 상태인지를 판단하는 수면 판단부, 및
   렘 수면 총시간 및 논렘 수면 총시간을 디스플레이하고, 스마트 매트리스가 받는 압력에 따른 체압 분산 및 분포된 상태를, 압력이 높은 부분을 높은 그래프로 표현하고 압력이 낮은 부분은 낮은 그래프로 표현하는 3차원 그래프로 시각화하거나 압력이 높은 부분과 압력이 낮은 부분을 다양한 색이나 명암으로 구분되는 색 분포로 시각화하여 디스플레이하는 출력부를 포함하는 스마트 매트리스 시스템.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 수면 판단부는 상기 논렘 수면 상태를 4단계로 구분하여 판단하는 스마트 매트리스 시스템.
   
7. 삭제
8. 제5항에 있어서,
   상기 출력부는 시간 경과에 따른 체압 분산 및 분포 변화를 디스플레이하는 스마트 매트리스 시스템.

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