과학적 개호의 미래

ICT가 지원, 케어의 질을 높인다

데이터나 근거를 바탕으로 돌봄 서비스를 제공하는 ‘과학적 개호’가 움직이기 시작했다. 현장의 판단을 서포트하여 질 높은 케어 실천을 목적으로, 센서나 AI(인공지능)가 개호 현장에 확산되기 시작했다. 2021년에는 ‘과학적 개호 정보시스템(LIFE: Long-term care Information system For Evidence)’의 운용이 시작되어, 데이터 활용이 활발해지고 있다. 기술 도입이 추진되는 개호 현장의 현황과 미래의 전망을 살펴본다.

Part 1. 데이터 수집·분석
와병 중인 고령자가 걸을 수 있다, 근거에 바탕을 둔 개호

자리를 보전하고 누워있던 고령자가 스스로 걸을 수 있게 되었다---. 이러한 사례는 근거를 중시한 재활훈련을 실천하는 폴라리스의 노인복지시설(데이서비스 시설)에서 자주 있는 일이라고 한다. 허리뼈가 부러져 3개월 입원 후, 누워만 있었던 고령의 남성도 그 중 한 명. 남성의 가족은 한때, 24시간 돌봄 서비스를 받는 특별 요양센터로의 입주까지 각오하고 있었다. 그러나 남성은 재활훈련을 통해 스스로 걸을 수 있게 되었다.

폴라리스가 중시하는 것은 논문이나 데이터 등의 근거를 바탕으로 한 ‘과학적 개호’이다. 예를 들면 기존의 재활훈련에서는 다시 걷기 위해서는 이용자의 근력을 단련하는 것이 중요하다고 여겨져 왔다. 그러나 최신 뇌 과학에서는 “보행과 같은 복잡한 동작을 마스터 하려면, 그 동작을 반복함으로써 몸이 기억하게 해 신경회로를 재구축하는 것이 중요시 되고 있다”라고 폴라리스의 대표이사이며 의사인 모리 씨는 설명한다.

이상 실현을 위해 모든 것을 독자 개발

중국 DJI의 시장 점유율이 높고, 하드웨어가 범용화됐다는 평가까지 나오는 멀티콥터형 드론 시장에 소니 그룹이 도전장을 내밀었다. 소니는 2021년 11월 중순, 드론 제1탄으로서 ‘Airpeak S1’를 출하했다. 소니의 협력을 얻어 실시한 드론 분해를 소개한다.

Airpeak S1는 크리에이터가 지금까지 없는 영상을 촬영할 수 있는 기체를 목표로 하여, 높은 운동 성능을 실현했다. 예를 들면, 호버링 상태에서 속도 80km/h에 도달할 때까지의 시간이 3.5초로, 타사 제품과 비교해 가장 높은 가속 성능을 자랑한다. 또한 최대 상승 속도는 7m/s, 하강 속도는 4m/s, 최대 각속도는 180°/s 등으로 상승과 하강, 반전 등의 리스폰스도 높다.

GNSS(위성을 이용한 측위 시스템)의 전파가 닿지 않는 실내나 다리 아래에서도 안정적으로 비행할 수 있다. 이 때문에 다수의 스테레오 카메라와 센서를 탑재하고, 자기위치, 자기자세를 고정밀도로 추정함과 동시에 주위 공간을 실시간으로 인식한다.

2018년 봄에 시작한 개발은 완성까지 약 3년이 걸렸다. 기체 설계는 물론 프로펠러와 모터, 각종 센서의 정보를 처리하는 프로세서 등을 자체적으로 개발했다. 시판 부품으로는 목표로 하는 성능을 실현할 수 없었기 때문이다.

4년 후에 충전 필요 없는 EV 실현?

도시바는 2021년 12월 아산화동(Cu2O)을 p형 반도체로 하는 태양전지(Cu2O 태양전지)에서 변환 효율 8.4%를 달성했다고 발표했다. 이 수치는 2017년에 가나자와공업대학이 발표한 8.23%를 웃돌면서 세계 최고 수준을 기록했다. 이 Cu2O 태양전지를 결정 Si 태양전지에 겹쳐 ‘4단자 탠덤’으로 한 태양전지의 종합적인 변환 효율은 27.4%로 시산할 수 있다고 한다.

앞으로 도시바는 이 4단자 탠덤의 변환 효율을 30%로 끌어올려 차량탑재용 태양전지로서 사용해 나갈 생각이다. 맑은 날씨라면 연료나 계통 전력을 통한 충전 없이 하루에 약 39km를 주행할 수 있는 EV를 실현할 수 있다고 한다.

Cu2O 태양전지는 동박(Copper Foil)이라고 하는 흔한 재료를 기본으로 하기 때문에 저비용으로 제조할 수 있다는 기대에서 1950년대부터 연구되고 있었다. 그러나 2010년까지는 변환 효율이 2%대가 고작이었다. 11년 3월에 가나자와공업대학이 간신히 변환 효율 3.26%를 달성했다. 가나자와공업대학은 그 이후 12년에 5.38%, 15년에 6.1%, 17년에는 8%대로 급속히 변환 효율을 높여왔으나 지난 4년 동안은 답보 상태였다.

이 답보 상태를 깬 것이 이번 도시바의 발표다. 도시바는 동박이 아닌 반응성 스퍼터링 장치라는 반도체에서는 저비용 기술로 Cu2O층을 성막한다. 도시바가 19년에 발표한 Cu2O 태양전지의 변환 효율은 4.4%였지만 3년도 되지 않아 두 배 가까이 성능을 끌어올렸다.

티어포 등, 고정밀도 측위의 효과 확인

자율주행 스타트업 티어포(Tier IV, 나고야시) 등은 2022년 2월, 도쿄도 니시신주쿠 구역의 공도에서 5G를 활용한 자동배송 로봇의 실증 실험을 실시, 5G나 최신의 고정밀도 측위 기술(PP-RTK 방식에 의한 측위 기술)의 효과를 확인했다. 참고로 이번 실증 실험은 티어포와 가와사키중공업, KDDI, 손해보험재팬, 오다큐전철, 호텔 오다큐(도쿄), 공원재단(도쿄)이 공동으로 실시했다.

사용한 자동배송 로봇은 가와사키중공업이 개발하고 있는 것이다. 티어포의 자율주행 소프트웨어 ‘Autoware’나 외부 감시 센서를 탑재했고, 고정밀도 3차원 지도와의 조합으로 자율주행이 가능하다. 게다가 원격감시∙조작자가 로봇 주위를 영상으로 확인할 수 있도록 하는 카메라를 탑재했고, 공도를 달릴 수 있도록 번호판도 취득했다.

이번 실증 실험에서는 자동배송 로봇이 넘을 수 없는 단차나 계단은 주행 루트에서 제외했으며, 기본적으로는 원격감시∙조작 하에서 자율주행이 가능하다. 이 자동배송 로봇에는 최대 약 30kg, 80사이즈 골판지(3변 합계가 80cm 이하) 67개 분량의 짐을 실을 수 있다.

실증 실험에서는 유스케이스 검증과 기술 검증, 서비스 검증의 3종류의 실증을 실시했다. 5G나 PPP-RTK 방식의 효과를 확인한 것은 기술 검증을 통해서이다. 

바이오미메틱스(생체 모방) 연구가 개척하는 미래

1. 머리글
견사(絹紗)로부터 나이론, 해면동물로부터 스폰지, 밀짚으로부터 빨대 등 우리 주변에는 생물을 모방한 것들이 다양하게 존재한다. 생물로부터 배운다는 사고방식은 레오나르도 다빈치로 거슬러 올라갈 정도로 오래되었으며, 현재도 산업계에서 널리 쓰이고 있다.

그럼에도 불구하고, 생체모방기술에 관한 국제 표준화는 이제 막 시작되어, 독일의 제안으로 2011년에 국제표준화의 기술위원회 ISO TC266 Biomimetics가 출범했다. 일본에서도 ‘생체 모방(바이오미메틱스)’이라는 단어는 아직 일반사회에 널리 쓰이고 있지 않다. 그 원인 중 하나는 생물에게서 배운다는 사고방식이 지극히 다양한 분야·영역에 있어서 각각 독립적으로 전개되고 있어, 그 명칭과 표기가 너무 많기 때문으로 추정된다.

바이오미메틱스의 국제 표준화에서는 생물의 구조 및 기능의 발현 원리를 밝혀, 공학적으로 재현하는 것으로 정의되고 있으며, 실시 사례 및 최적화 기법, 생물에서 공학으로의 기술 이전을 위한 지식 기반 등에 관한 논의가 이뤄져, 3개의 국제 표준이 발효되고 있다.

그러나, 연구 분야 및 영역에 있어서 명칭이나 표현의 차이에 대해 기술 위원회에서의 공식 논의는 이루어지지 않고 있다. 참고로, 국제 표준화 제안의 모태인 독일의 BIOKON은 2004년에 설립된 Bionik-Kompetenznetz이며, 역사적으로는 바이오닉스의 계보를 이으면서도, 영어로는 Biomimetics Network of Excellence로 표기하고 있다.

시스템 모니터링의 새로운 사고방식으로 주목

옵저버빌리티는 복잡한 시스템이나 어플리케이션의 상태 및 움직임의 전모를 실시간으로 파악할 수 있는 것, 또한 이를 위한 대응을 가리킨다. 일본어로는 관측 가능성이다.

최근 마이크로서비스 아키텍처(MSA), 컨테이너, 클라우드 등 새로운 기술을 이용한 서비스들이 보급되면서 시스템이 복잡해져 장애 시 비즈니스에 미치는 영향도 예전보다 추측하기 어려워지고 있다. 이러한 정보 시스템을 둘러싼 환경 변화에 따라 시스템 모니터링에 대한 새로운 사고방식으로 옵저버빌리티가 주목을 받고 있다.

기존에는 웹서버/애플리케이션 서버/데이터베이스라는 웹 3층 시스템을 채택하는 것이 주류였다. 구성이 단순하기 때문에 장애가 발생할 경우에도 원인 추측이나 특정이 비교적 용이했다. 기존의 모니터링은 상정한 범위 내의 장애에 대해 감시하고, 이상 시 경고를 발하는 구조이다.

그러나 최근에는 다수의 하부 시스템이나 컴퍼넌트를 조합해 1개의 서비스를 운용하는 케이스가 증가하고 있다. 대규모 시스템의 어느 곳에서 어떤 장애가 발생할지 상정할 수 없어 기존의 모니터링만으로는 장애에 대한 대응이 어려워지고 있었다. 이를 해결하기 위해 복잡한 시스템을 횡단적으로 보는 모니터링의 사고방식으로 옵저버빌리티가 탄생했다.

사료에서 식사로, 식사와 데이터로 수명을 연장

코로나 팬데믹으로 재택기간이 늘어나고, 마음의 치유를 받고자 Pet를 키우는 사람들이 늘어나고 있다. Pet용 푸드 관련 시장이 신장하는 가운데, 급성장을 올리고 있는 것이 ‘Pet Tech’라는 새로운 장르이다. 인간과 마찬가지로, 기술혁신에 의해 Pet의 건강수명이 또한 늘어날 가능성이 보이고 있다.

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