스마트워치가 등장하기 이전 초기의 스마트밴드는 화면조차 없었습니다 – 일부 제품은 단일 버튼만 있었고 동기화된 데이터를 확인하려면 모바일 앱에 연결해야 했습니다. 2015년부터 2018년까지를 스마트밴드의 시장 확장기로 볼 수 있습니다. 본질적으로 스마트워치는 스마트밴드의 확장판이며, 두 제품군은 같은 광범위한 범주에 속합니다. 반드시 시계형이 밴드형보다 항상 더 낫다고 볼 수는 없습니다. 왜냐하면 시계형이 분명히 더 큰 화면과 더 많은 기능을 갖추고 있긴 하지만, 일반적으로 배터리 수명은 밴드형만큼 길지 않기 때문입니다.
따라서 스마트밴드의 센서 기술에 대해 논의할 때에는 스마트워치 카테고리를 포함하는 것이 논리적입니다. 또한 기술 발전과 함께 현대 스마트밴드의 센서 기술은 해마다 향상되고 있습니다. 공간의 제약으로 인해 여기에서는 몇 가지 일반적인 센서 기술과 더불어 일부 새로운 센서 기술을 간략히 소개하겠습니다.
1. 전용 걸음 수 측정: 가속도계
간단히 말해, 가속도계는 가속도를 감지하여 전기 신호로 변환하고, 이를 이용해 걸음 수, 이동 거리 및 소모 칼로리를 추정합니다. 일반적으로 홀 효과(Hall effect), GMR(Giant Magnetoresistance), TMR(Tunnel Magnetoresistance) 기술 및 특정 알고리즘이 사용됩니다.
2. 심박수 모니터링: 광학식 심박수 센서 및 생체전기임피던스 센서
심박수 모니터링에서 가장 일반적인 방법은 밴드/시계 뒷면에 장착된 전통적인 광학 심박수 센서입니다. 이 센서는 피부와 센서에 압박된 혈관 위로 녹색 LED 빛을 방출한 후, 빛 흡수의 변동을 계산하여 심박수 상태를 측정합니다. 이를 통해 활동 감지에 도움을 주며, 심장 이상 여부를 탐지해 적시에 경고를 제공할 수도 있습니다.
또 다른 유형으로 바이오임피던스 센서가 있으며, 이는 신체 고유의 임피던스를 활용해 혈류를 모니터링하고, 이를 심박수, 호흡률, 피부 전도 반응과 같은 구체적인 지표로 변환합니다. 다양한 데이터를 종합적으로 분석하기 때문에 측정 정확도가 높아져 참고 가치가 더욱 큽니다.
3. 수면 모니터링: 세 가지 서로 다른 접근 방식
기본적인 수면 모니터링은 가속도계를 활용하여 수면 여부를 판단합니다. 원리는 간단합니다. 수면 중에는 신체 움직임이 최소화되고 드물기 때문입니다. 움직임이 감지되지 않으면 수면 상태로 간주하는 방식인데, 어느 정도 정확도는 있지만 오진이 발생할 수 있습니다. 예를 들어, 침대에 누운 채로 계속 휴대폰을 보며 가만히 있는 경우, 이 방법은 이를 수면으로 잘못 기록할 수 있습니다.
두 번째 방법은 수면 상태를 판단하기 위해 심박수를 함께 활용하는 것으로, 심박수 센서를 사용합니다. PPG(광용적맥파)를 통해 HRV(심박수 변이도)를 측정하는 방식이며, 가속도계만 사용하는 것보다 더 정확합니다.
세 번째 방법은 CPC 분석을 사용하여 수면을 감지하는 것이다. 원리는 수면 중 ECG(심전도)와 호흡 사이의 결합 관계를 활용하여 각성 상태, 얕은 수면, 깊은 수면 상태를 종합적으로 판단하는 것이다. 현재 이 방법은 높은 정확도를 제공하며, 사용자가 병에 걸렸거나 가만히 있지만 깨어 있는 경우(앞서 언급한 바 있음)와 같은 오진률을 줄일 수 있다. 그러나 이 방식은 일반적으로 고가형 스마트 웨어러블 제품에서 사용되며 비용이 더 들기 때문에, 백 위안 대의 밴드나 천 위안 이하의 시계에서는 일반적으로 사용되지 않는다.
4. 산소포화도(SpO2) 측정: 광학 센서
앞서 언급한 바와 같이, 원리는 심박수 모니터링과 동일합니다. 피부에 밀착된 후면 모듈이 빛을 방출하고, 포토레지스터가 혈액에 의해 부분적으로 흡수된 빛의 변동을 감지하여 혈중 산소 상태를 분석합니다. 차이점은 이 과정에서 종종 적외선 빛을 사용하며 다양한 간섭 요인의 영향을 받기 쉽다는 점입니다. 따라서 밴드/시계에서의 SpO2 모니터링 정확도는 제한적이며 참고용으로만 사용되어야 합니다.
5. 화면 밝기 조절: 주변광 센서
스마트폰의 자동 밝기 조절 기능과 마찬가지로, 이 기능은 주변광 센서를 이용해 주변의 조도를 감지하여 화면 밝기가 사용자에게 선명하게 보이도록 자동으로 조절되게 합니다.
6. 손목 들어 켜기: 가속도계 및 자이로스코프
이 기능은 가속도계와 자이로스코프를 사용하여 밴드/시계의 상태를 감지하며, 종종 복잡한 알고리즘이 포함됩니다. "손목 들어 올리기" 동작을 판단하기 위해 장치의 위치 변화, 화면 방향 전환 및 기타 요소들을 평가하여 무의미한 화면 켜짐으로 인한 배터리 소모를 방지합니다.
7. 전 세계 위치 측정 및 활동 경로 기록: GPS 센서
휴대폰의 GPS와 마찬가지로 동일한 모듈을 탑재한 스마트워치는 독자적으로 위치 측정이 가능하며 운동 경로 추적이 가능합니다. 그러나 이 기능 모듈은 상대적으로 비용이 높아 저가형 스마트밴드에는 드물고, 주로 전문 스포츠 시계에서 더 자주 찾아볼 수 있습니다.
8. 체온 측정: 온도 센서
감지 원리는 간단합니다. 열저항체(thermistor)와 고정밀 온도 센서를 사용하여 단일 또는 연속적인 체온 모니터링을 구현하는 방식으로, 최근 몇 년간 출시된 건강 모니터링 스마트워치(예: 혈압/혈당 측정 기능 포함)에서 흔히 볼 수 있으며 보조 기능으로 활용됩니다.
9. 혈압 및 혈당 모니터링: 다양하고 복잡한 대응 센서 모듈, 알고리즘에만 의존할 가능성 있음
이 두 가지 주요 모니터링 기능은 점차 건강검진 영역으로 확장되고 있으며, 주로 중장년층 및 특정 건강 모니터링이 필요한 사용자들을 대상으로 합니다. 그러나 이러한 기능의 정확도는 상당히 차이가 큽니다.
혈압 측정 기능을 지원하는 스마트워치를 예로 들면, 현재 일반적인 스마트워치는 광학 센서에만 의존하여 감지된 심박수 상태를 기반으로 범위를 추정한다. 진정한 오실로메트릭 측정 원리를 채택한 제품은 훨씬 더 신뢰할 수 있다. 이러한 시계는 측정 시 손목 스트랩 내부에 마이크로 에어백을 포함해야 하며, 이 방식은 적어도 어느 정도 참조 가치가 있는 수치를 제공할 수 있다.
비침습적 혈당 모니터링 시계의 경우, 현재로서는 매우 표준화되지 않은 기능이다. 대부분은 광학 센서와 알고리즘을 결합해 추정치를 제공하므로, 일상적인 신체 모니터링을 위한 참고 수치로만 간주되어야 한다.
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