저비용 라이다 기반 비접촉 수면 모니터링 및 능동 환경 제어 시스템

본 과제는 8x8 배열의 저비용 라이다(LiDAR) 센서를 활용하여 사용자의 수면 상태를 비접촉식으로 모니터링하고, 이를 바탕으로 수면 환경을 능동적으로 최적화하는 스마트 수면 관리 솔루션 개발에 관한 것이다. 기존 애플 워치 등 웨어러블 기기는 수면 중 착용에 따른 물리적 불편함을 유발하며, 카메라 기반의 기기는 침실 내 사생활(Privacy) 침해 우려가 매우 크다는 근본적인 한계가 있다. 이에 본 연구는 단가 약 3만 원 수준의 저렴한 라이다 센서를 채택하여 대량 생산 시의 가격 경쟁력을 확보함과 동시에, 영상 데이터가 아닌 64개 픽셀의 거리 데이터(Depth Map)만을 수집함으로써 프라이버시 이슈를 원천적으로 차단하였다.
시스템의 핵심 측정 원리는 라이다 센서가 스캔하는 영역 중 사용자가 누워있는 특정 관심 영역(Region of Interest, ROI)을 설정하고, 이 영역 내에서 발생하는 미세한 흉부의 거리 변화를 추적하여 1인 사용자의 분당 호흡수(BPM), 호흡 변동성, 뒤척임 횟수를 정밀하게 분석하는 것이다. 이를 통해 10초 이상 호흡에 의한 거리 변화가 감지되지 않으면 수면 무호흡증으로 판단하고, 움직임 에너지를 바탕으로 수면 단계를 분류한다. 특히 본 기기는 단순한 모니터링을 넘어 내장된 적외선(IR) 송신기를 통해 레거시 에어컨을 제어하며, 향후 Zigbee나 Thread와 같은 무선 통신 프로토콜을 추가하여 가습기와 조명 등 스마트홈 기기까지 실시간으로 통합 제어할 수 있도록 설계되어 쾌적한 수면 환경을 능동적으로 조성하는 것을 목표로 한다.