파킨슨병 환자를 위한 지능형 스푼 보조기구

부품 및 소모품

부품	수량
idIoTware 쉴드	1
SG90 마이크로 서보 모터	1
관성 측정 장치(IMU) - 6자유도	1
아두이노 UNO	1

필수 도구 및 장비

• 3D 프린터 (일반)

앱 및 온라인 서비스

• 아두이노 IDE

프로젝트 개요

파킨슨병이란?

파킨슨병은 운동에 영향을 미치는 진행성 신경계 질환입니다. 증상은 점차적으로 시작되며, 때로는 한 손의 미세한 떨림으로 시작하기도 합니다. 떨림이 흔하지만, 근육 경직이나 동작 둔화도 동반됩니다.

초기에는 표정이 없어지고, 걸을 때 팔이 흔들리지 않으며, 말이 어눌해질 수 있습니다. 증상은 시간이 지남에 따라 악화됩니다. 완치는 어렵지만 약물로 증상을 크게 완화할 수 있으며, 경우에 따라 뇌심부 자극술 등 수술로 증상을 개선하기도 합니다.

주요 증상

• 떨림: 주로 손이나 손가락에서 시작되며, 엄지와 검지를 비비는 '알약 굴리기' 떨림이 특징적입니다. 안정된 상태에서 떨림이 나타납니다.
• 동작 둔화(서동증): 움직임이 느려져 간단한 작업도 어렵고 시간이 오래 걸립니다. 보폭이 줄어들고 의자에서 일어나기 힘들며 발을 끌게 됩니다.
• 근육 경직: 신체 어느 부위에서든 발생할 수 있으며 통증을 유발하고 관절 가동 범위를 제한합니다.
• 자세 및 균형 장애: 자세가 굽거나 균형 문제가 생깁니다.
• 자동 운동 상실: 눈 깜빡임, 미소, 걷기 시 팔 흔들기 같은 무의식적 동작이 감소합니다.
• 언어 변화: 말이 작아지거나 빨라지고, 어눌해지며 단조로워집니다.
• 글씨 변화: 글씨 쓰기가 어려워지고 글씨체가 작아집니다.

참고: Mayo Clinic - 파킨슨병 증상 및 원인

프로젝트 영감

이 프로젝트는 Liftware Steady에서 큰 영감을 받았습니다. 이는 같은 목적으로 판매되는 상용 제품입니다.

우리 목표는 기성 부품으로 유사한 프로젝트를 제작하면서 시스템 역학과 설계 노하우를 이해하는 것이었습니다.

초기 설계 아이디어

이 프로젝트가 모션 제어, 물리학, 3D 수학 등 우리가 알고 있던 이론을 실전에 적용하는 도전적인 과제임을 일찍이 깨달았습니다.

설계는 손에 쥐고 사용하며 사용자의 손 떨림을 상쇄하여 끝단의 스푼을 수평이고 안정적으로 유지할 수 있어야 했습니다.

기울기, 가속도, 상대/절대 위치를 측정할 센서가 필요했습니다. 과거 사용 경험이 있는 Invensense MPU6050 모듈이 원하는 동적 응답 속도를 제공할 것으로 확신했습니다.

스푼을 충분히 빠르고 정확하게 움직여야 했기에 취미용 서보 모터를 선택했습니다. 합리적인 응답 속도와 우수한 토크를 제공합니다.

우리는 Idiotware Shield 제작자이므로, 이 쉴드를 사용하여 배선과 하드웨어 설정을 5분 만에 완료할 수 있었습니다.

프로젝트 제작 단계

(상세 제작 과정 이미지들은 원문 참조)

시연

며칠 만에 MPU6050 센서 값을 파악하고, 두 개의 서보 모터(축이 직교하도록 배치)와 몇 개의 3D 프린트 부품으로 맞춤형 2축 회전 메커니즘을 제작했습니다.

향후 계획

초기 프로토타입에서 우리의 질문들에 대한 답을 잘 얻었습니다. 속도와 응답에 대한 가정이 실제와 근접했습니다.

• ATtiny/ATmega328 베어본 PCB에 핸드 와이어링으로 프로토타입 소형화
• 서보 모터 더 밀착 고정
• 18650 배터리로 구동

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소스 코드

파킨슨 환자용 스푼

어시스트 기술용 코드: GitHub 저장소