IoT 기술을 적용한 스마트 웨어러블 디바이스 신발 디자인 개발 연구 : 친고령화 스마트신발 개발 사례를 중심으로

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

According to the Ministry of Health and Welfare, the number of elderly households with dementia is expected to more than triple between 2020 and 2050, and the population aging has led to an increase in elderly people living alone and dementia rates. In the past, it was a treatment-oriented idea, but recently it has changed to a management-oriented idea, and as interest in health care increases and IoT technology develops, IoT-based healthcare using smart wearable device base is expected to grow significantly.Therefore, the purpose of this study is divided into health signals and roaming detection services for the "IoT-based smart shoe city" for the elderly and socially disadvantaged in Busan Metropolitan City. It is planning to develop a smart shoe design that has major functions such as solar power generation, GPS location tracking, data collection, analysis, and notification service provision and management based on health abnormal signals and wandering detection.Chapter 1 established the background and purpose of the study, the method and scope of the study. Chapter 2 studied the theoretical background of aging society through literature research, identified problems in aging society, investigated research-related cases related to the Internet of Things (IoT) and Solar solar cells, and identified overall design and functionality based on this. In Chapter 3, after confirming the current status and necessity of wearable devices, a quantitative survey was conducted by identifying needs for design elements and investigating design preferences. In Chapter 4, the direction and concept of smart shoes were derived through XY-AXIS (PKC method), one of the process methodologies developed in this study, and product guidelines were established to efficiently achieve the research objectives. Based on this, various designs suitable for the concept were derived, 2D Rendering was carried out, and the final design of smart shoes was proposed through 3D modeling by selecting a final plan among several designs for preference surveys. In addition, UI/UX design was carried out in consideration of the user's situation. Chapter 5 discusses the conclusions and expected effects of this study, and future research directions Based on this study, we propose a wearable device smart shoe design that applies IoT technology for the elderly and the socially vulnerable, increase user satisfaction in design and functional aspects, and expect research and development of smart shoes for the elderly and the socially vulnerable.

국문 초록 (Abstract)

고령화 사회로 접어들면서 2020~2050년에 치매 노인가구는 3배 이상 늘 것으로 전망되 었고 인구 고령화로 인해 독거노인과 치매률이 증가하면서 헬스케어에 대한 관념이 바뀌기 시작했다. 건강관리에 대한 관심이 증가하고 IoT 기술이 발전함에 따라 스마트 웨어러블 디바이스 헬스케어가 크게 성장할 것으로 예상된다. 이에 따른 ICT 기반 기술 융 복합화를 통한 신발 시장의 확산과 신발산업의 기술집약적 고부가치화를 바탕으로 기능성 및 다양한 기술력을 앞세운 스마트 신발제품의 수요가 창출되고 있으며, 스마트신발은 헬스케어 산업군을 대표하는 IoT기반 중 하나이며, 근래 들어 헬스케어의 부분의 증가 추세가 증가하고 있다. 따라서 본 연구의 목적은 부산광역시 고령자 및 사회적 약자들을 대상으로 “IoT 기반 스마트신발 도시”를 위해 건강 신호 및 배회감지 서비스로 구분 한다. 태양광발전, GPS 위치추적, 건강 이상 신호 및 배회감지를 바탕으로 한 데이터 수집, 분석, 알림 서비스 제공 및 관리 등 주요 기능을 갖추는 스마트 신발디자인을 개발하는 데에 있다. 제 1장에서는 연구의 배경 및 목적, 연구의 방법 및 범위를 설정했다. 제 2장에서는 문헌 연구를 통해 고령화 사회의 이론적 배경에 대해 연구했으며, 이를 바탕으로 고령화 사회의 문제점을 파악하고, 웨어러블 디바이스 의 특징인 사물인터넷(IoT)과 Solar 태양전지에 관한 연구 관련 사례를 중심으로 조사하고, 스마트 헬스케어의 개념과 헬스케어 분야에 활용되는 웨어러블 기기 유형을 파악했으며, 이를 토대로 연구하고자 하는 스마트신발 의 개념과 국, 내외 사례 조사를 기반으로 전반적인 디자인과 기능적인 부분을 파악했다. 제 3장에서는 웨어러블 디바이스의 현황과 필요성 확인 후 디자인 요소에 대한 니즈 파악 및 디자인 선호도 조사를 통한 정량조사를 실시했다. 제 4장에서는 연구의 목적을 효율적으로 달성하기 위하여 기존의 방법론과 문제점을 파악하고 본 연구에서 개발할 프로세스 방법론 중 하나인 XY-AXIS(PKC법)의 방법론을 통해서 스마트신발의 방향성 및 컨셉을 도출 하고 제품의 가이드라인을 설정하였다. 이를 토대로 컨셉에 맞는 여러 디자인을 도출하였고 2D Rendering을 진행하였고 선호도 조사를 여러 디자인 중 최종안을 선정하여 3D Modeling으로 스마트신발의 최종 디자인을 제안 하였다. 또한, 사용자들의 상황을 고려한 UI/UX 디자인 설계를 진행했다. 제5장에서는 본 연구의 결론 및 기대효과 그리고 향후 연구 방향에 대해 서술했다. 본 연구를 토대로 고령자 및 사회적 약자를 위한 IoT 기술을 적용한 웨어 러블 디바이스 스마트신발 디자인을 제안하여 사용자의 디자인적 측면과 기능적인 측면의 만족도를 높이고 국내시장에서도 고령자 및 사회적 약자를 위한 스마트신발의 연구와 개발이 이뤄지기를 기대하는 바이다.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서 론 1
• 제 1 절 연구의 배경 및 목적 1
• 제 2 절 연구의 범위 및 방법 2
• 제 2 장 연구의 이론적 배경 4
• 제 1 절 고령화 사회의 이론적 배경 4
• 1.1 고령화 사회의 개념 4
• 1.2 고령화 사회의 문제점 6
• 제 2 절 사물인터넷(IoT) 및 웨어러블 디바이스에 대한 고찰 8
• 2.1 사물인터넷(IoT)의 개념 8
• 2.2 사물인터넷(IoT) 플랫폼 유형 구분 10
• 2.3 사물인터넷(IoT) 생태계 및 활용분야 12
• 제 3 절 Solar 태양전지에 관한 연구 13
• 3.1 태양전지의 기본원리 13
• 3.1.1 태양전지의 기술 분류 14
• 3.2 소재별 태양전지 분류 및 특징 15
• 3.2.1 단결정 Si 태양전지 15
• 3.2.2 다결정 Si 태양전지 16
• 3.3 스마트 헬스케어에 관한 연구 16
• 3.3.1 스마트 헬스케어의 개념 16
• 3.3.2 헬스케어 분야에 활용되는 모바일 및 웨어러블 기기 유형 20
• 3.3.3 웨어러블 헬스케어 시스템 시장전망 및 제품 동향 23
• 3.3.4 웨어러블 헬스케어 시스템 국내외 시장규모 및 전망 23
• 3.4 기능성 신발의 특성 및 발전 24
• 3.4.1 신발의 역할과 기능성 신발 24
• 3.4.2 스마트신발의 정의 및 필요성 25
• 3.4.3 스마트신발의 기술 분류 26
• 3.5 스마트신발 기술성 분석 27
• 3.5.1 국내외 기술 동향 27
• 3.5.2 스마트신발의 국내외 사례 31
• 제 4 절 신발디자인 프로세스 37
• 4.1 제품디자인 프로세스 37
• 4.2 신발디자인 프로세스 38
• 제 5 절 신발디자인 도출을 위한 컨셉 메이킹 39
• 5.1 컨셉 도출하는 방법 39
• 5.2 만다라트 기법을 활용한 IoT 신발 개발 사례 41
• 5.2.1 KJ법 43
• 5.2.2 KJ법(친화도법) 진행방법 예시 45
• 5.3 이미지스케일의 이해 47
• 5.3.1 이미지스케일의 개요 47
• 5.3.2 이미지스케일의 활용방법 49
• 5.4 이미지스케일의 유형 50
• 5.4.1 단색 이미지스케일 50
• 5.4.2 형태 이미지스케일 51
• 5.4.3 소재 이미지스케일 52
• 제 6 절 CMF의 개요 53
• 6.1 Color, M, F 53
• 6.2 C, Material, F 53
• 6.3 C, M, Finish(Funtion) 54
• 제 7 절 XY-AXIS 방법론 55
• 7.1 XY-AXIS 방법의 설명 59
• 제 3 장 스마트신발에 관한 실증조사 및 분석 62
• 제 1 절 설문 수집 및 조사 내용 62
• 3.1.1 정량조사의 설계 62
• 제 2 절 정량조사 63
• 3.2.1 인구통계학적 특성 63
• 3.2.2 고령자 및 사회적 약자 옥외 활동 현황 및 안전 의식 64
• 3.2.3 스마트 웨어러블에 대한 인식 및 구매 의도 조사 66
• 3.2.4 스마트신발에 대한 인식 및 구매 의도 조사 68
• 제 4 장 XY_AXIS(PKC법)을 적용한 스마트신발 디자인개발70
• 제 1 절 디자인 방향성 설정 70
• 제 2 절 XY축 디자인 가이드라인 도출 71
• 제 3 절 컨셉에 따른 스마트신발 디자인 방안 72
• 4.3.1 X1의 컨셉의 디자인 방안 72
• 4.3.2 X2의 컨셉의 디자인 방안 77
• 4.3.3 X3의 컨셉의 디자인 방안 82
• 4.3.4 X4의 컨셉의 디자인 방안 87
• 제 5 절 솔라셀 디자인 제안 92
• 5.1. A Type, 일체형/B Type, 분리형 92
• 제 6 절 디자인 설문조사 결과 94
• 제 7 절 최종 디자인 제안 97
• 제 8 절 웨어러블 디바이스 관련 UI 디자인 102
• 제 5 장 종합 및 결 론 105
• 제 1 절 결론 및 기대효과 105
• 제 2 절 연구의 향후 및 제언 107
• 부 록 108
• 참고문헌 118
• Abstract 121