KR102666520B1 - 스마트 마스크 - Google Patents

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KR102666520B1
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Abstract

스마트 마스크가 개시된다. 일 실시 예에 따른 스마트 마스크는 연성 캡슐 튜브 관 내 전자전이를 통해 약물을 분사하여 호흡에 필요한 산소 공급 기능, 살균, 탈취, 세정 기능을 제공하며, 마스크를 안전하고 안정되게 사용할 수 있도록 하고 내부 청결을 유지할 수 있도록 한다.

Description

스마트 마스크 {Smart mask}
본 발명은 마스크에 관한 것으로, 보다 상세하게는 호흡에 필요한 산소 공급 기능, 살균, 탈취, 세정 기능 등을 구비한 마스크에 관한 것이다.
호흡기용 마스크는 코와 입을 가리는 형태로서, 호흡기를 통하여 인체 내로 미세먼지, 세균 및 바이러스와 같은 유해물질이 흡입되는 것을 방지하는 등의 용도로 널리 사용되고 있다. 이러한 마스크는 주로 면직물이나 부직포로 이루어져 코와 입 부분을 가리면서 호흡할 수 있도록 된 마스크 본체와, 마스크 본체를 귀에 걸어 고정하도록 하는 귀걸이로 이루어진다.
갈수록 심각화 되어 가는 황사나 미세먼지를 필터링하는 효과를 높이거나, 신종 박테리아나 바이러스성 감염병을 예방하기 위한 목적 등을 위해 다양한 기능을 추가한 항균 마스크가 다수 제안되고 있다. 예컨대 종래 항균성을 제공하기 위해 항균성분을 포함한 항균패드를 구비하거나, 미세먼지 필터링을 위한 필터수단, 또는 마스크 본체가 2겹 이상으로 형성되도록 하는 등 다양한 구성이 알려져 있다.
일 실시 예에 따라, 호흡에 필요한 산소 공급 기능, 살균, 탈취, 세정 기능 등을 제공하며, 마스크가 오염된 경우에도 마스크의 오염상태를 판별하여 오염상태를 제거함에 따라 마스크를 안전하고 안정되게 사용할 수 있으며 내부 청결을 유지할 수 있는 스마트 마스크를 제안한다.
일 실시 예에 따른 스마트 마스크는, 내부 공간을 형성하고 마스크 살균 필터를 고정시키는 틀을 구성하는 마스크 본체와, 마스크 살균 필터 사이에 구비되는 유연 소재의 연성체를 포함하며, 상기 연성체는 양(+)의 전이에 필요한 전기신호가 인가되는 양극과, 음(-)의 전이에 필요한 전기신호가 인가되는 음극과, 유체 형태의 약물을 보관하고, 양극 및 음극에 전기신호가 인가될 때 발생한 전자전이에 의해 전자배치 상태가 변한 다수의 양이온 및 음이온 전자가 상기 약물과 반응하면서 상기 약물을 미립화 하여 미세분자가 발생하는 다수의 연성 캡슐 튜브 관과, 각 연성 캡슐 튜브 관에 구비되어, 상기 미세분자가 외부로 분사되는 마이크로 크기의 다수의 마이크로 홀과, 각 연성 캡슐 튜브 관에 구비되어, 양극 및 음극에 인가된 전기신호에 의해 발생한 전기 에너지를 기계적인 초음파 진동 에너지로 변환시키는 마이크로 마그네틱 펌핑 압전 세라믹 소자와, 각 연성 캡슐 튜브 관에서 상기 마이크로 마그네틱 펌핑 압전 세라믹 소자의 기계적인 초음파 진동 에너지에 의해 전자전이를 발생하는 전자전이 발생부와, 마스크의 동작을 제어하되, 전자전이 발생부를 통한 전자전이 발생을 제어하는 마이크로 컨트롤러와, 연성체에 장착되어 전원을 공급하는 배터리를 포함한다.
스마트 마스크는, 양극 및 음극에 인가된 클럭 신호에 의해 마이크로 마그네틱 펌핑 압전 세라믹 소자가 일정한 펌핑 진동을 발생시키고, 펌핑 진동에 의해 초음파 진동 에너지가 미세분자를 미립화 하며 미립화 된 미세분자가 다수의 마이크로 홀을 통해 마이크로 크기로 분무됨에 따라, 미세분자가 정밀 정량으로 분무될 수 있다.
약물은, 산소, 수분, 살균제, 방향제, 탈취제 및 세정제 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
스마트 마스크는, 마스크 내부 오염 상태, 배터리 상태, 마스크 살균 필터 상태 및 약물 분사상태 중 적어도 하나를 감지하여 감지신호를 생성하는 전자센서를 더 포함할 수 있다.
마이크로 컨트롤러는, 마스크 내부 오염 상태를 분석하여 내부 오염도가 미리 설정된 기준을 넘으면 전자전이 발생부를 제어하여 연성 캡슐 튜브 관 내 전자전이를 발생하는 전자전이 제어부를 포함할 수 있다.
마이크로 컨트롤러는, 마스크 살균 필터 상태를 분석하여 마스크 살균 필터 교체 여부를 제어하는 필터 제어부를 포함할 수 있다.
마이크로 컨트롤러는, 마스크 내 이산화탄소의 농도가 미리 설정된 값을 초과하거나 산소 농도가 미리 설정된 값 미만이면 그래픽 처리된 오염정보를 표시하거나 경고신호를 외부로 출력하거나 외부 단말로 오염정보나 경고신호를 전송할 수 있다.
마이크로 컨트롤러는, 연성 캡슐 튜브 관 내 약물의 잔량, 분사량 및 분사시간을 제어하는 약물 제어부와, 마스크의 동작상태를 포함한 정보의 출력을 제어하는 출력 제어부와, 배터리 잔량에 따라 배터리 교체 여부를 제어하는 배터리 제어부를 포함할 수 있다.
스마트 마스크는, 얼굴 표피, 체온 및 맥박 중 적어도 하나를 통해 인체를 감지하는 인체 감지 센서를 더 포함하며, 마이크로 컨트롤러는 인체 감지 센서를 통한 인체 감지 여부 및 감지된 인체의 체온 또는 맥박이 미리 설정된 기준 값 이상인지 중 적어도 하나에 따라 전자전이 발생부를 제어하여 연성 캡슐 튜브 관 내 전자전이를 발생하는 전자전이 제어부를 포함할 수 있다.
스마트 마스크는, 수동 모드 및 자동 모드 선택과 모드 별 동작시간 선택을 포함한 사용자 조작신호를 입력 받고 마스크 동작상태를 포함한 정보를 출력하는 사용자 인터페이스를 더 포함하고, 마이크로 컨트롤러는 스마트 마스크의 동작을 제어하되, 사용자 인터페이스를 통한 모드 선택에 따라 사용자에 의해 선택된 모드로 동작 시키고 모드 별 동작을 제어하는 동작 제어부를 포함할 수 있다.
스마트 마스크는, 마스크의 오염 정보, 마스크 살균 필터 교체 정보, 마스크의 동작상태 정보, 배터리 교체 정보, 약물 분사 정보 중 적어도 하나를 포함한 정보를 외부 단말로 전송하고, 정보를 모니터링 한 사용자에 의해 외부 단말로부터 연성 캡슐 튜브 관 내 약물 분사 여부 선택 또는 약물 분사량 및 분사시간 조절을 위한 사용자 명령을 수신하는 통신부를 더 포함할 수 있다.
배터리는, 페이퍼 배터리 또는 코인 배터리일 수 있다. 배터리는 무선 충전 기능을 구비할 수 있다.
일 실시 예에 따른 스마트 마스크에 따르면, 호흡에 필요한 산소 공급 기능, 살균, 탈취, 세정 기능 등을 제공할 수 있다.
스마트 마스크는 전자전이 효과에 의해 미세분자를 정밀 정량으로 분사할 수 있다. 즉, 전자전이 발생을 위해 마이크로 마그네틱 펌핑 압전 세라믹 소자가 정교한 클럭 신호에 의해 미세하고 일정한 펌핑 진동을 발생시키고, 펌핑 진동에 의해 초음파 진동 에너지가 미세분자를 미립화 하며 미립화 된 미세분자가 다수의 마이크로 홀을 통해 마이크로 크기로 분무됨에 따라, 미세분자가 정밀 정량으로 분사될 수 있다. 이에 따라, 외부의 압축 공기가 불필요 하며, 전자전이 효과를 이용하여 미세분자의 분사량을 조절할 수 있다.
스마트 마스크는 마스크 오염상태를 판별하여 마스크가 오염된 경우에 약물을 미세분자 형태로 분사할 수 있고, 마스크를 안전하고 안정되게 사용할 수 있으며 내부 청결을 유지할 수 있다.
예를 들어, 스마트 마스크는 전자센서의 감지신호를 기초로 마스크 내부 오염 상태를 분석하여 내부 오염도가 미리 설정된 기준을 넘으면 연성 캡슐 튜브 관 내 전자전이를 발생시켜 살균제와 같은 약물 분사를 통해 마스크 오염도를 낮추거나 제거할 수 있다.
다른 예로, 스마트 마스크는 마스크 사용자의 인체 감지 또는 체온, 맥박 등의 감지를 통해 인체를 감지하고 인체 감지 여부 또는 감지된 인체의 체온이나 맥박 등이 미리 설정된 기준 값 이상인지에 따라 연성 캡슐 튜브 관 내 전자전이를 발생시켜 약물 분사를 통해 마스크 오염도를 낮추거나 제거할 수 있다. 또 다른 예로 방향제, 탈취제 등의 약물이 분사됨에 따라 마스크의 내부 청결을 유지할 수 있다.
또 다른 예로, 스마트 마스크는 전자센서의 감지신호를 기초로 마스크 살균 필터 상태를 분석하여 마스크 살균 필터 교체 여부를 제어하여 마스크 살균 필터의 교체 시기를 용이하게 파악할 수 있다. 연성 캡슐 튜브 관 내 약물의 분사량 및 분사시간 제어, 마스크의 동작상태를 포함한 정보 출력 제어, 전자센서로부터 감지된 배터리 잔량에 따른 배터리 교체 여부 제어를 통해 스마트 마스크의 효율성을 높일 수 있다.
스마트 마스크는 마스크의 오염 정보, 마스크 살균 필터 교체 정보, 마스크의 동작상태 정보, 배터리 교체 정보, 약물 분사 정보 중 적어도 하나를 통신부를 통해 외부로 전송함에 따라, 사용자가 정보를 모니터링 하여 연성 캡슐 튜브 관 내 호흡에 필요한 산소를 포함한 약물 분사 여부 및 호흡에 필요한 산소를 포함한 약물 분사량 및 분사시간을 스스로 조절할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 스마트 마스크의 외부 구조를 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 단일 개의 연성 캡슐 튜브 관의 세부 구조를 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 연성 캡슐 튜브 관의 마이크로 홀을 통해 호흡에 필요한 산소를 포함한 약물이 배출되는 모습을 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 스마트 마스크의 전자회로 구성을 도시한 도면,
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 마이크로 컨트롤러의 세부 구성을 도시한 도면,
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 스마트 마스크의 동작 방법의 흐름을 도시한 도면,
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 스마트 마스크의 적용 예를 도시한 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이며, 후술되는 용어들은 본 발명의 실시 예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
첨부된 블록도의 각 블록과 흐름도의 각 단계의 조합들은 컴퓨터 프로그램인스트럭션들(실행 엔진)에 의해 수행될 수도 있으며, 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 블록도의 각 블록 또는 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다.
이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 인스트럭션들은 블록도의 각 블록 또는 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다.
그리고 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 수행하는 인스트럭션들은 블록도의 각 블록 및 흐름도의 각 단계에서 설명되는 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다.
또한, 각 블록 또는 각 단계는 특정된 논리적 기능들을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있으며, 몇 가지 대체 실시 예들에서는 블록들 또는 단계들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들 또는 단계들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하며, 또한 그 블록들 또는 단계들이 필요에 따라 해당하는 기능의 역순으로 수행되는 것도 가능하다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세하게 설명한다. 그러나 다음에 예시하는 본 발명의 실시 예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시 예는 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공된다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 스마트 마스크의 외부 구조를 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 단일 개의 연성 캡슐 튜브 관의 세부 구조를 도시한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 스마트 마스크(1)는 마스크 본체(2)와 연성체를 포함한다.
마스크 본체(2)는 내부 공간을 형성하고 마스크 살균 필터를 고정시키는 틀을 구성한다. 마스크 살균 필터는 직물 또는 부직포로 된 필터로, 교체 가능하다. 마스크 살균 필터는 외부로부터 물방울, 먼지, 오염물의 큰 입자를 차단하는 역할, 마스크 내의 세균과 바이러스를 살균하여 차단하는 역할 등을 수행한다.
연성체는 마스크 본체(1)의 마스크 살균 필터 사이에 구비되는 유연 소재의 모듈이다. 연성체는 기존 마스크(KF94, KF80, 덴탈 마스크, 산업용 마스크 등)에 탈부착 가능하여 폭넓게 적용할 수 있다. 기존 마스크의 마스크 살균 필터 사이에 탑재되어, 양면(전면, 후면)으로 호흡에 필요한 산소를 포함한 약물 분사가 가능하다. 연성체는 원형 또는 타원형 구조 등을 가질 수 있다. 연성체의 길이는 11.0~18.0cm일 수 있다.
일 실시 예에 따른 연성체는 전자전이 회로를 구비하며, 전자전이 회로는 다수의 연성 캡슐 튜브 관(10), 양극(11), 음극(12), 배터리(13), 스위치(14), 마이크로 컨트롤러(15), 마이크로 마그네틱 펌핑 압전 세라믹 소자(16) 및 다수의 마이크로 홀(100)을 포함한다.
스위치(14)는 사용자에 의해 온(on)/오프(off)될 수 있으며, 스위치 온(on) 시에 시스템이 동작할 수 있다.
양극(11)에는 양(+)의 전이에 필요한 전기신호가 인가되고, 음극(12)에는 음(-)의 전이에 필요한 전기신호가 인가된다. 전기신호는 펄스(pulse) 형태의 클럭 신호(clock signal)일 수 있다. 양극(11) 및 음극(12)은 연성 캡슐 튜브 관(10)의 양쪽 측면에 각각 위치할 수 있다.
연성 캡슐 튜브 관(10)의 개수는 자유롭게 구성할 수 있는데, 예를 들어, 최소 2개에서 최대 10개 사이의 수로 구성할 수 있다. 각 연성 캡슐 튜브 관(10) 사이의 넓이는 약 10.0mm일 수 있다.
연성 캡슐 튜브 관(10)에는 유체 형태의 약물(110)이 탑재된다. 약물(110)은 호흡에 필요한 산소를 포함한 산소, 수분, 인체에 무해한 살균제, 탈취제, 세정제, 방향제 등일 수 있다. 약물(110)은 젤(gel) 형태일 수 있으나, 형태는 이에 한정되지는 않는다. 살균제는 항균성을 제공하고, 탈취제의 경우 탈취 기능으로 마스크의 내부 청결을 유지할 수 있다. 세정제는 소독 기능을 제공하며, 방향제는 좋은 향이 나게 한다.
연성 캡슐 튜브 관(10)은 양극(11) 및 음극(12)과 각각 연결되어, 양극(11) 및 음극(12)에 전기신호가 인가될 때 발생한 전자전이(Electronic Transition)에 의해 전자배치 상태가 변한 다수의 양이온 및 음이온 전자가 약물(110)과 반응하면서 약물(110)을 미립화 하여 미세분자가 발생한다. 각 연성 캡슐 튜브 관(10)에는 미세분자가 마이크로 크기로 외부로 분사되도록 마이크로 크기의 다수의 마이크로 홀(100)을 포함한다. 전자전이는 원자와 분자 등의 입자에서 입자 내부의 전자배치 상태가 다른 전자배치 상태로 변하는 것을 의미한다.
연성 캡슐 튜브 관(10)의 폭 넓이는 1.50~5.0mm 가변 가능하며, 범용 2.20mm로 사용 가능하다. 각 마이크로 홀(100)은 3D 마이크로 나노 홀(Micro Nano Hole)로서 두께(T)는 약 0.0001mm일 수 있다. 약물(110)은 산소, 수분, 살균제, 탈취제, 세정제, 방향제 등일 수 있다. 스마트 마스크는 약물(110)을 통해 호흡에 필요한 산소 공급 기능, 살균, 탈취, 세정 기능 등을 제공할 수 있다.
마이크로 마그네틱 펌핑 압전 세라믹 소자(16)는 양극(11) 및 음극(12) 상에 구비되어, 양극(11) 및 음극(12)에 인가된 전기신호에 의해 발생한 전기 에너지를 기계적인 초음파 진동 에너지로 변환시킨다.
전자전이 회로는 마이크로 마그네틱 펌핑 압전 세라믹 소자(16)의 기계적인 초음파 진동 에너지에 의해 전자전이를 발생시키고, 전자전이에 의해 전자배치 상태가 변한 다수의 양이온과 음이온 전자가 연성 캡슐 튜브 관(10) 내에 있는 약물(110)과 반응하면서 약물(110)을 미립화 하여 엷은 안개처럼 미세하게 발생하도록 한다. 즉, 기계적인 초음파 진동 에너지가 약물(110)을 미립화 하고 미립화 된 미세분자가 다수의 마이크로 홀(100)을 통해 마이크로 크기로 분무된다.
스마트 마스크는 전자전이 효과에 의해 미세분자를 정밀 정량으로 분사할 수 있다. 즉, 마이크로 마그네틱 펌핑 압전 세라믹 소자(16)가 정교한 클럭 신호에 의해 미세하고 일정한 펌핑 진동을 발생시키고, 펌핑 진동에 의해 초음파 진동 에너지가 미세분자를 미립화 하며 미립화 된 미세분자가 다수의 마이크로 홀(100)을 통해 마이크로 크기로 분무됨에 따라, 미세분자가 정밀 정량으로 분사될 수 있다. 이에 따라, 외부의 압축 공기가 불필요 하며, 전자전이 효과를 이용하여 미세분자의 분사량을 조절하고 마이크로 마그네틱 펌핑 압전 세라믹 소자는 매우 낮은 전압과 전류로 구동할 수 있다.
전자전이 효과를 적용한 이유는 원자 또는 분자는 그 종류에 따라 특정 파장의 자외선과 가시광선을 흡수하여 전자전이를 일으키고, 흡수하는 빛의 세기(흡광도)를 이용하여 원자나 분자의 농도를 결정함에 따라 미세분자의 분사량을 조절할 수 있기 때문이다.
배터리(13)는 페이퍼 베터리(Paper battery), 코인 배터리(Coin battery)일 수 있다. 배터리(13)는 무선충전 기능을 구비할 수 있다. 무선충전 방식은 전자기 유도 방식, 자기공진 방식 등이 있다.
마이크로 컨트롤러(15)는 마스크의 전반적인 동작을 제어하면서, 각 연성 캡슐 튜브 관(10)의 전자전이를 발생을 제어한다. 마이크로 컨트롤러(15)는 스마트 마스크(1)의 오염도가 미리 설정된 기준 값을 넘는 경우에 연성 캡슐 튜브 관(10) 내에서 전자전이를 발생시켜 미세분자를 외부로 분출시킬 수 있다. 마이크로 컨트롤러(15)의 세부 구성은 도 5를 참조로 하여 후술한다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 호흡에 필요한 산소를 포함한 연성 캡슐 튜브 관의 마이크로 홀을 통해 약물이 배출되는 모습을 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 연성 캡슐 튜브 관(10)은 전자전이 효과로 인해 연성 캡슐 튜브 관(10) 내에 있는 호흡에 필요한 산소를 포함한 약물이 반응하면서 엷은 안개처럼 미세하게 발생하여 마이크로 홀(100)을 통해 외부로 분사된다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 스마트 마스크의 전자회로 구성을 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 스마트 마스크(1)는 전자전이 발생부(21), 전자센서(22), 인체 감지 센서(23), 통신부(24), 사용자 인터페이스(25), 배터리(13) 및 마이크로 컨트롤러(15)를 포함한다.
전자전이 발생부(21)는 각 연성 캡슐 튜브 관 내에서 전자전이를 발생한다. 전자전이 발생부(21)는 전자 미세전이를 위해 연성 캡슐 튜브 관의 양극 및 음극에 각각 (+), (-) 전이에 필요한 클럭 신호를 인가하여 연성 캡슐 튜브 관 내부에 전자전이를 발생시켜 다수의 양이온과 음이온이 발생되도록 하며, 발생된 미세분자를 마이크로 홀을 통하여 외부로 배출 분사하도록 한다.
전자전이 발생부(21)는 초음파 분산기(Ultasonic Atomizer)와 유사한 원리로, 마이크로 마그네틱 펌핑 압전 세라믹 소자에 의해 전기 에너지로부터 변환된 기계적인 초음파 진동 에너지가 연성 캡슐 튜브 관 내에 흐르는 약물을 미립화 하여 미세분자로 분무해 주는 역할을 한다. 즉, 전자전이 발생부(21)는 마이크로 마그네틱 펌핑 압전 세라믹 소자를 이용하여 전자전이를 발생시키고, 전자전이에 의해 전자배치 상태가 변한 양이온 및 음이온이 연성 캡슐 튜브 관 내에 흐르는 약물과 반응하면서 약물을 미세분자 형태로 미립화 하고, 마이크로 홀을 통해 미세분자를 정밀 정량으로 분무시키는 역할을 한다.
전자센서(22)는 마스크 내부 오염 상태, 배터리 상태, 마스크 살균 필터 상태 및 약물 분사상태 중 적어도 하나를 감지하여 감지신호를 생성한다. 마스크 내부 오염 상태는 마스크의 미세먼지, 온도 등을 감지함으로써 확인할 수 있다.
전자센서(22)의 마스크 내부 오염 상태 감지를 위한 실시 예를 들면, 발열원을 통해 열을 배출해 센서 내에 대류운동을 발생시켜 공기 투입구를 통해 투입된 공기를 상승시킨다. 그리고 렌즈를 통해 LED 광원이 배출한 빛과 공기 중 미세먼지의 반응으로 인한 빛의 산란 정도를 측정하여 미세먼지의 정도를 측정한다.
전자센서(22)의 마스크 내부 오염 상태 감지를 위한 다른 실시 예를 들면, 전자센서(22)는 이산화탄소, 산소, 수소, 일산화탄소, 연기 등의 오염 물질 농도를 직접 감지할 수 있다.
인체 감지 센서(23)는 얼굴 표피를 감지하거나, 인체의 표피, 체온, 맥박 등을 감지하여 인체를 감지한다.
사용자 인터페이스(25)는 사용자 조작명령을 입력 받거나 정보를 출력한다. 예를 들어, 수동 모드 및 자동 모드 선택과 모드 별 동작시간 선택을 위한 사용자 조작신호를 입력 받을 수 있고, 마스크 동작상태를 포함한 정보를 출력할 수 있다. 마스크 동작상태 알림은 디스플레이를 통해 화면에 표시할 수 있고 스피커를 통해 음성신호를 출력할 수도 있다.
통신부(24)는 전자센서(22), 인체 감지 센서(23) 등으로부터 측정된 데이터를 포함한 정보를 외부 단말에 제공하거나, 외부 단말을 통해 지정된 명령을 수신하여 이를 마이크로 컨트롤러(15)에 제공한다. 예를 들어, 외부 단말로부터 사용자의 동작에 관한 정보를 수신할 수 있다.
통신부(24)는 마스크의 오염 정보, 마스크 살균 필터 교체 정보, 마스크의 동작상태 정보, 배터리 교체 정보, 약물 분사정보 중 적어도 하나를 포함한 정보를 외부 단말로 전송할 수 있다. 외부 단말은 사용자가 소지한 단말일 수 있다. 이때, 통신부(24)가, 정보를 모니터링 한 사용자에 의해 외부 단말로부터 연성 캡슐 튜브 관 내 약물 분사 여부 선택 또는 약물 분사량 및 분사시간 조절을 위한 사용자 명령을 수신할 수 있다. 다른 예로, 사용자 인터페이스(25)가, 외부 단말을 통해 정보를 모니터링 한 사용자로부터 연성 캡슐 튜브 관 내 약물 분사 여부 선택 또는 약물 분사량 및 분사시간 조절을 위한 사용자 조작신호를 입력 받을 수 있다.
마이크로 컨트롤러(15)는 마스크의 전반적인 동작 상태를 제어한다. 예를 들어, 마이크로 컨트롤러(15)는 전자센서(22) 및 인체 감지 센서(23) 중 적어도 하나로부터 생성된 감지신호에 대응하여 전자전이 발생부(21)의 전자전이 발생 여부를 결정할 수 있다. 마스크 살균 필터 상태를 분석하여 마스크 살균 필터 교체 여부를 제어할 수 있다. 연성 캡슐 튜브 관 내 약물의 잔량, 분사량 및 분사시간을 제어할 수 있다. 마스크의 동작상태를 포함한 정보의 출력을 제어할 수 있다. 배터리 잔량에 따라 배터리 교체 여부를 제어할 수 있다.
배터리(13)는 스마트 마스크(1)의 연성체에 장착되어 전원을 공급한다. 배터리(13)는 페이퍼 배터리 또는 코인 배터리일 수 있다. 배터리(13)는 무선충전 기능을 구비할 수 있다. 무선충전 방식은 전자기 유도 방식, 자기공진 방식 등이 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 마이크로 컨트롤러의 세부 구성을 도시한 도면이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 마이크로 컨트롤러(15)는 전자전이 제어부(151), 약물 제어부(152), 배터리 제어부(153), 필터 제어부(154), 동작 제어부(155) 및 출력 제어부(156)를 포함한다.
동작 제어부(155)는 스마트 마스크의 동작을 제어한다. 예를 들어, 사용자 인터페이스(25)를 통한 모드 선택에 따라 사용자에 의해 선택된 모드로 동작 시키고 모드 별 동작을 제어한다. 모드는 자동 모드(Auto mode), 수동 모드(Manual mode)를 포함할 수 있다. 수동 모드는 사용자가 제어할 수 있는 사용자 모드를 포함할 수 있다. 사용자 모드에서 사용자 선택에 따라 약물의 배출 여부, 배출시간, 배출량 등을 제어할 수 있다.
전자전이 제어부(151)는 전자센서(22)로부터 감지된 마스크 내부 오염 상태를 분석하여 내부 오염도가 미리 설정된 기준을 넘으면 전자전이 발생부(21)를 제어하여 연성 캡슐 튜브 관 내 전자전이를 발생할 수 있다. 예를 들어, 내부 오염도가 미리 설정된 기준 값을 넘으면 전자전이 발생부(21)를 제어하여 연성 캡슐 튜브 관 내 약물이 분사되도록 한다. 기준 값은 사전에 설정되며, 사용자에 의해 수정 가능하다.
전자전이 제어부(151)는 인체 감지 센서(23)를 통한 인체 감지 여부에 따라 전자전이 발생부(21)를 제어하여 전자전이를 발생할 수 있다. 예를 들어, 인체가 감지되는 경우에 전자전이 발생부(21)를 제어하여 연성 캡슐 튜브 관 내 전자전이를 발생할 수 있다. 더러 인체가 감지되지 않는 경우에 전자전이 발생부(21)를 제어하여 연성 캡슐 튜브 관 내 전자전이를 발생할 수도 있다.
다른 예로, 전자전이 제어부(151)는 인체 감지 센서(23)를 통해 감지된 체온이나 맥박이 미리 설정된 기준 값 이상인 경우 전자전이 발생부(21)를 제어하여 연성 캡슐 튜브 관 내 전자전이를 발생할 수 있다. 사용자 인터페이스(25)를 통해 체온 또는 맥박 정보를 표시하거나 경고신호를 외부로 출력할 수 있다. 또는 통신부(24)를 통해 외부 단말로 체온 또는 맥박 정보나 경고신호를 전송할 수 있다.
필터 제어부(154)는 전자센서(22)로부터 감지된 마스크 살균 필터 상태를 분석하여 마스크 살균 필터 교체 여부를 제어한다. 예를 들어, 전자센서(22)를 통해 감지된 이산화탄소의 농도(ppm)가 미리 설정된 최대 값을 초과하거나 산소 농도가 미리 설정된 최소 값 미만이면 마스크 살균 필터 교체요청 정보를 생성하여 사용자 인터페이스(25)를 통해 그래픽 처리된 오염정보를 표시하거나 경고신호를 외부로 출력할 수 있다. 또는 통신부(24)를 통해 외부 단말로 오염정보나 경고신호를 전송할 수 있다. 마스크가 산업용으로 사용되는 경우 등에 있어서, 이산화탄소 농도, 산소 농도 등에 따라, '필터를 교체해주세요.” “매우 위험합니다” 등과 같은 경고신호를 발생하여 사용자의 안전을 보호할 수 있다.
약물 제어부(152)는 연성 캡슐 튜브 관(10) 내 약물의 잔량, 분사량 및 분사시간을 제어한다. 예를 들어, 60초, 180초, 360초 단위로 약물 분사시간을 설정할 수 있고, 단위시간 내 약물 분사량을 제어할 수 있다. 예를 들어, 마스크 내 오염도가 심각하면 약물의 분사시간 및 분사량 중 적어도 하나를 늘리고, 마스크 내 오염도가 기준값 이상이지만 심각하지 않으면 약물의 분사시간 및 분사량 중 적어도 하나를 줄이는 방식으로 적응적으로(adaptive) 약물의 분사량 및 분사시간 등을 제어할 수 있다.
출력 제어부(156)는 마스크의 동작상태를 포함한 정보의 출력을 제어한다. 정보 출력은 디스플레이를 이용하여 화면에 표시하거나, 스피커를 이용하여 음성신호를 외부로 출력하는 방법 등이 있다.
배터리 제어부(153)는 전자센서(22)로부터 감지된 배터리 잔량에 따라 배터리 교체 여부를 제어한다. 예를 들어, 배터리 잔량이 미리 설정된 값 이하이면 배터리 교체가 필요한 것으로 판단하여 사용자 인터페이스(25)를 통해 배터리 잔량 정보를 표시하거나 경고신호를 외부로 출력할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 스마트 마스크의 동작 방법의 흐름을 도시한 도면이다.
도 1 및 도 6을 참조하면, 스마트 마스크(1)는 스위치가 온(On)(601) 되면, 스마트 마스크(1)의 상태를 점검한다(602). 예를 들어, 마스크의 오염도, 약물의 잔량, 배터리 잔량, 모드 상태 등을 점검한다. 이때, 점검결과를 사용자 인터페이스를 통해 출력할 수 있다.
이어서, 스마트 마스크(1)는 동작 모드를 선택한다(603). 동작 모드는 사전에 설정될 수 있고, 사용자에 의해 설정될 수 있다. 예를 들어, 사용자에 의해 자동 모드 또는 수동 모드를 선택 입력 받을 수 있다.
자동 모드(604)인 경우, 스마트 마스크(1)는 작동시간을 선택(605) 받을 수 있고, 마스크 오염 상태를 판단(606) 하여, 판단 결과에 따라 마스크가 오염된 것으로 판단되면 연성 캡슐 튜브 관(10) 내 약물의 미세분자 배출을 실시한다(607). 예를 들어, 전자센서의 감지신호를 기초로 마스크 내부 오염 상태를 분석하여 내부 오염도가 미리 설정된 기준을 넘으면 연성 캡슐 튜브 관 내 전자전이를 발생한다.
연성 캡슐 튜브 관(10) 내 약물의 미세분자 배출 이후, 스마트 마스크(1)는 마스크 상태를 다시 점검(608)할 수 있고, 점검 결과를 사용자 인터페이스를 통해 출력할 수 있다.
이어서, 사용자 선택 운영모드 대기상태(609)로 전환되면 전술한 작동시간 선택(605), 마스크오염 상태 판단(606), 미세분자 배출(608), 스마트 마스크 상태 점검(608)을 n회 반복 수행한다. 이에 비해, 사용자 선택 운영모드 대기상태(609)가 아니면, 마스크 동작을 중지한다(610).
한편, 수동 모드인 경우, 사용자 선택에 의해 연성 캡슐 튜브 관(10) 내 약물의 미세분자 배출을 실시한다(613). 사용자 선택은 약물의 분사시간, 분사량 등의 선택을 포함할 수 있다. 수동 모드가 사용자 모드(611)일 때, 마스크 기능 세션을 설정(612) 할 수 있다. 미세분자 배출(613)이 종료되면 마스크 동작을 중지한다(610).
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 스마트 마스크의 적용 예를 도시한 도면이다.
세부적으로, 도 7의 (a)는 기존 마스크에 유연체를 탑재한 모습을 도시한 것이고, (b)는 유연체의 전자전이 회로기판을 도시한 것이다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (13)

  1. 내부 공간을 형성하고 마스크 살균 필터를 고정시키는 틀을 구성하는 마스크 본체; 및
    마스크 살균 필터 사이에 구비되는 유연 소재의 연성체를 포함하며,
    상기 연성체는
    양(+)의 전이에 필요한 전기신호가 인가되는 양극;
    음(-)의 전이에 필요한 전기신호가 인가되는 음극;
    유체 형태의 약물을 보관하고, 양극 및 음극에 전기신호가 인가될 때 발생한 전자전이에 의해 전자배치 상태가 변한 다수의 양이온 및 음이온 전자가 상기 약물과 반응하면서 상기 약물을 미립화 하여 미세분자가 발생하는 다수의 연성 캡슐 튜브 관;
    각 연성 캡슐 튜브 관에 구비되어, 상기 미세분자가 외부로 분사되는 마이크로 크기의 다수의 마이크로 홀;
    각 연성 캡슐 튜브 관에 구비되어, 양극 및 음극에 인가된 전기신호에 의해 발생한 전기 에너지를 기계적인 초음파 진동 에너지로 변환시키는 마이크로 마그네틱 펌핑 압전 세라믹 소자;
    각 연성 캡슐 튜브 관에서 상기 마이크로 마그네틱 펌핑 압전 세라믹 소자의 기계적인 초음파 진동 에너지에 의해 전자전이를 발생하는 전자전이 발생부;
    마스크의 동작을 제어하되, 전자전이 발생부를 통한 전자전이 발생을 제어하는 마이크로 컨트롤러; 및
    연성체에 장착되어 전원을 공급하는 배터리;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 마스크.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 스마트 마스크는
    양극 및 음극에 인가된 클럭 신호에 의해 마이크로 마그네틱 펌핑 압전 세라믹 소자가 일정한 펌핑 진동을 발생시키고, 펌핑 진동에 의해 초음파 진동 에너지가 미세분자를 미립화 하며 미립화 된 미세분자가 다수의 마이크로 홀을 통해 마이크로 크기로 분무됨에 따라, 미세분자가 정밀 정량으로 분무되는 것을 특징으로 하는 스마트 마스크.
  3. 제 1 항에 있어서, 약물은
    산소, 수분, 살균제, 방향제, 탈취제 및 세정제 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 마스크.
  4. 제 1 항에 있어서, 스마트 마스크는
    마스크 내부 오염 상태, 배터리 상태, 마스크 살균 필터 상태 및 약물 분사상태 중 적어도 하나를 감지하여 감지신호를 생성하는 전자센서;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 마스크.
  5. 제 1 항에 있어서, 마이크로 컨트롤러는
    마스크 내부 오염 상태를 분석하여 내부 오염도가 미리 설정된 기준을 넘으면 전자전이 발생부를 제어하여 연성 캡슐 튜브 관 내 전자전이를 발생하는 전자전이 제어부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 마스크.
  6. 제 1 항에 있어서, 마이크로 컨트롤러는
    마스크 살균 필터 상태를 분석하여 마스크 살균 필터 교체 여부를 제어하는 필터 제어부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 마스크.
  7. 제 1 항에 있어서, 마이크로 컨트롤러는
    마스크 내 이산화탄소의 농도가 미리 설정된 값을 초과하거나 산소 농도가 미리 설정된 값 미만이면 그래픽 처리된 오염정보를 표시하거나 경고신호를 외부로 출력하거나 외부 단말로 오염정보나 경고신호를 전송하는 것을 특징으로 하는 스마트 마스크.
  8. 제 1 항에 있어서, 마이크로 컨트롤러는
    연성 캡슐 튜브 관 내 약물의 잔량, 분사량 및 분사시간을 제어하는 약물 제어부;
    마스크의 동작상태를 포함한 정보의 출력을 제어하는 출력 제어부; 및
    배터리 잔량에 따라 배터리 교체 여부를 제어하는 배터리 제어부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 마스크.
  9. 제 1 항에 있어서, 스마트 마스크는
    얼굴 표피, 체온 및 맥박 중 적어도 하나를 통해 인체를 감지하는 인체 감지 센서; 를 더 포함하며,
    마이크로 컨트롤러는
    인체 감지 센서를 통한 인체 감지 여부 및 감지된 인체의 체온 또는 맥박이 미리 설정된 기준 값 이상인지 중 적어도 하나에 따라 전자전이 발생부를 제어하여 연성 캡슐 튜브 관 내 전자전이를 발생하는 전자전이 제어부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 마스크.
  10. 제 1 항에 있어서, 스마트 마스크는
    수동 모드 및 자동 모드 선택과 모드 별 동작시간 선택을 포함한 사용자 조작신호를 입력 받고 마스크 동작상태를 포함한 정보를 출력하는 사용자 인터페이스; 를 더 포함하고,
    마이크로 컨트롤러는
    스마트 마스크의 동작을 제어하되, 사용자 인터페이스를 통한 모드 선택에 따라 사용자에 의해 선택된 모드로 동작 시키고 모드 별 동작을 제어하는 동작 제어부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 마스크.
  11. 제 1 항에 있어서, 스마트 마스크는
    마스크의 오염 정보, 마스크 살균 필터 교체 정보, 마스크의 동작상태 정보, 배터리 교체 정보, 약물 분사 정보 중 적어도 하나를 포함한 정보를 외부 단말로 전송하고, 정보를 모니터링 한 사용자에 의해 외부 단말로부터 연성 캡슐 튜브 관 내 약물 분사 여부 선택 또는 약물 분사량 및 분사시간 조절을 위한 사용자 명령을 수신하는 통신부;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 마스크.
  12. 제 1 항에 있어서, 배터리는
    페이퍼 배터리 또는 코인 배터리인 것을 특징으로 하는 스마트 마스크.
  13. 제 12 항에 있어서, 배터리는
    무선 충전 기능을 구비하는 것을 특징으로 하는 스마트 마스크.
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