스마트폰, 스마트워치, 기타 웨어러블 기기의 소모된 칼로리 추정치는 매우 다양하다. 이는 이러한 장치에는 정확한 추정에 필요한 모든 정보를 수집하는 데 필요한 센서가 부족하기 때문이다.

“열화상 카메라를 사용하여 사람의 호흡률과 체온을 모니터링하면 에너지 소비 추정치의 부정확성을 현재 스마트워치의 거의 40%에서 6% 미만으로 줄일 수 있다”고 카네기 멜론 대학교 컴퓨터 과학부의 소프트웨어 및 사회 시스템 학과(S3D)와 인간-컴퓨터 상호작용 연구소(HCII)의 부교수인 마양크 고엘(Mayank Goel)은 말한다.

새로운 연구에 따르면 웨어러블 장치에 저렴한 열화상 카메라를 추가하면 소모된 칼로리를 얼마나 정확하게 예측할 수 있는지 크게 향상될 수 있다. (제공: 카네기 멜론)

고엘은 “사람들이 이 숫자를 보면 행동에 변화가 생기며 숫자가 틀리면 문제가 될 수 있다.”라고 말한다. 예를 들어, 방금 런닝머신에서 400칼로리를 소모했다고 생각하는 사람은 실제 소비량이 200칼로리에 가까웠음에도 불구하고 하루 종일 더 많은 칼로리를 섭취할 수 있다.

“그것은 큰 문제이다.”라고 그는 덧붙인다.

호흡 모니터링은 건강 감지 및 활동 인식과 같은 응용 기술을 개발하는 고엘과 그의 SMASH(Smart Sensing for Humans) 연구소의 오랜 관심 분야였다. 예를 들어, 그는 이전에 무선 라우터 데이터부터 가슴 움직임을 분석하는 맞춤형 웨어러블에 이르기까지 다양한 방법을 사용하여 호흡을 측정하는 방법을 개발했다.

SMASH Lab 여름 인턴이었던 코넬 대학교 정보 과학 전공 마이테 사데(Maite Sadeh)는 다른 프로젝트를 진행하면서 뜨거운 공기의 호기를 감지하기 위해 열 카메라를 사용하여 호흡을 측정할 수 있는 방법에 대한 보고서를 발견했다. 고엘의 그룹은 흡입이 입술과 콧구멍 주변의 증발로 이어진다는 것을 깨달았다. 이 두 신호는 모두 열화상 카메라로 캡처할 수 있다.

인도 인스티투테 아라 테크놀러지 나가르의 컴퓨터 과학 박사과정 학생이자 풀브라이트 장학금을 통해 실험실 인턴이기도 한 리시라즈 아디카리(Rishiraj Adhikary)는 호흡과 심박수를 결합하여 에너지 소비를 측정할 수 있다는 연구 결과를 발견했다.

그러나 호흡수와 심박수는 개인의 신체적, 상황적 차이를 고려하지 못하기 때문에 충분하지 않다고 고엘은 말한다.

에너지 소비를 임상적으로 측정하기 위한 표준은 심박수, 호흡, 날숨의 이산화탄소 농도를 사용하여 소모된 칼로리를 결정하는 열량계이다. 웨어러블은 이미 심박수 측정에 적합한 기능을 수행하고 있으며 열 카메라를 추가하면 호흡수를 측정할 수 있는 수단이 제공될 것이다. 웨어러블 장치로 CO2 농도를 측정할 수 있는 솔루션은 없지만 열화상 카메라는 체온을 측정할 수 있다.

"우리는 산소와 CO2의 농도를 측정하는 능력을 잃었지만 온도 측정치는 얻었다."라고 고엘은 말한다.

머신러닝의 도움으로 이 세 가지 데이터 포인트의 조합을 통해 연구원들은 에너지 소비를 추정하기 위한 JoulesEye라는 시스템을 개발할 수 있었다. 그들은 15분 동안 자전거를 타거나 달리는 54명의 참가자를 모집했다. 테스트 결과, JoulesEye는 임상 열량계와 비교했을 때 단 5.8%의 오류율로 소모된 칼로리를 추정할 수 있는 것으로 나타났다.

피트니스 애호가를 돕는 것 외에도 JoulesEye는 스포츠 훈련뿐만 아니라 만성 당뇨병이나 심혈관 질환이 있는 사람들을 모니터링하는 데에도 사용될 수 있다.

저해상도 열화상 카메라를 웨어러블 장치에 통합하는 비용은 이미 45달러 이하로 구입할 수 있으므로 실현 가능해야 한다. 그러나 고엘은 팀이 더 낮은 해상도의 열 카메라를 시스템에 통합하기 위해 노력하고 있으며 이를 통해 센서 가격을 낮출 수 있다고 말한다. 또한 카메라가 정기적으로 사용자의 얼굴을 향하는 것에 대한 개인 정보 보호 문제를 줄일 수 있다.

또한 팀은 열화상 카메라가 사용자의 얼굴을 겨냥해야 하는 시간을 줄이기를 희망한다. 이제 필요한 측정을 수행하는 데 약 40초가 걸린다.

"우리의 목표는 시계를 확인하는 데 걸리는 시간이 필요한 정보를 얻는 데 충분한 시간이 되도록 하는 것이다."라고 고엘은 말한다.

출처: 카네기멜론대학교