GPS없이 정확한 위치 정보를 파악할 수 있는 부츠

GPS없이 정확한 위치 정보를 파악할 수 있는 부츠

소재지나 이동 거리를 알기 위해서는 GPS를 사용하는 방법이 있습니다만, GPS를 이용할 수 있는 것은 위성 전파가 닿는 범위에 한정됩니다. GPS에 의지하는 것이 아니고 센서를 이용해서 위치 정보를 얻는 방법도 존재합니다만, 저가격 시스템에서는 맞은 계측을 할 수 없는 것이 지금까지 결점이었습니다. 그러한 가운데, 유타 대학교 대학원생이 구두창에 장착한 센서를 사용해서 저가격이라도 정확하게 위치 정보를 취득할 수 있는 장치를 개발했습니다.

이 장치는 국제고체소자회로회의(ISSCC)에서 발표되었습니다. 유타 대학교 연구팀은 자이로스코프·자기계·가속도계, 3개를 포함하는 관성계측 장치(IMU)를 베이스로 한 내비게이션 시스템을 구축했습니다. 하이엔드 IMU는 비행기 파일럿 네비게이트에도 사용되고 있습니다만, 유타 대학교 엔지니어인 Darrin Young씨는 보다휴대용인 IMU를 개발하고 싶다고 생각했습니다. 단, 작은 IMU는 정확한 계측을 하는 것이 어렵고, 「가만히 앉아 있을 때, 이 장치는 "0"이라고 하는 값을 가리켜야 합니다. 그러나, 의자에 앉고 나서 5∼10분이 경과하면, 저가격 IMU는 『몇백미터 이동했다』라고 인식할 가능성이 있습니다」라고 Young씨는 이야기 했습니다.

Young씨가 대학원생 Qingbo Guo씨에게 「센서로 측정을 계속하는 방법을 생각하면 좋겠다」라고 부탁한 결과, Guo씨는 생체역학을 사용한 해결 방법을 제시했다고 합니다.

인간이 걸을 때, 발뒤꿈치는 100밀리정도 지면에 고정됩니다. 이 한순간의 「정지」를 이용하는 것으로, IMU가 따돌리는 잘못된 데이터를 수정할 수 있다고 Guo씨는 생각했습니다. 즉, 1걸음 내디딜 때마다 계산하는 위치 계산을 리셋하는 것으로, IMU가 내보이는 「잘 못된 모션」을 수정한다고 하는 구조입니다.

Guo씨는 걸음을 측정하기 위한 MEMS압력 센서를 IMU와 함께 부츠 구두창에 설치. 구두창에 넣는다고 하는 설계상, 몇 가지 센서는 깨지는 것을 고려하고, Guo씨는 센서 1000개를 필요하게 된다고 어림잡았습니다. 그리고, IMU가 나타내는 데이터와 압력 센서 데이터를 통합하기 위해서 커스텀 회로를 만들고, 필요한 알고리즘을 준비했습니다. 프로토타입으로는 커스텀 회로는 부츠 측면의 프린트 기판 위에 달았습니다. 외측에 기반을 단 것은 디버그시의 액세스를 간단하게 하기 위해서입니다, 부츠 구두창이나 안쪽에 설치하는 것도 가능하다고 합니다.

Guo씨는 IMU가 장착된 부츠를 신고, 시스템을 백팩 안에 든 노트북에 연결시키고, 테스트 보행을 시작. 부츠 구조와 실제로 신고 걷는 모양은 이하와 같은 느낌입니다.

솔트 레이크 시티를 3km에 걸쳐 돌아다닌다고 하는 테스트를 10번 하고, GPS데이터와 비교한 결과, 최대 에러는 불과 5.5m이었습니다. 더해서, Guo씨는 골든 게이트·파크보다 긴 거리 테스트를 했습니다.

장거리 테스트를 한 결과, 시스템은 토지 종류에 상관없이 기능하고, 「퍼포먼스는 GPS에 필적합니다」라고 Guo씨는 이야기 했습니다.