Research Note 대한영양사협회학술지 J Korean Diet Assoc 22(3):225-231, 2016 http://dx.doi.org/10.14373/jkda.2016.22.3.225 사물인터넷을이용한식이섭취조사방법개발시나리오 이자연 장은재 1 동덕여자대학교컴퓨터학과 1 동덕여자대학교식품영양학과 Development Scenario of Dietary Intake Survey Using Internet of Things (IoT) Ja-Yeon Lee Un-Jae Chang 1 Dept. of Computer Science, Dongduk Women s University, Seoul 02748, Korea 1 Dept. of Food & Nutrition, Dongduk Women s University, Seoul 02748, Korea ABSTRACT The study suggests the possibility of using internet of things for a dietary intake survey. The development scenario of the dietary intake survey was composed of a weighing sensor for measuring food weight, bluetooth module for communicating through smart-phones, and smart-phone application. The weighing sensor attached to the bottom of utensils was designed to measure the weight of initial food & food eaten, and the results were transmitted to the smart-phone through the bluetooth module. The exclusive application in the smart-phone displayed the results of the amount of food intake, calorie intake, and eating rate. Through this system, subjects could continuously monitor their dietary intake & eating rate and recognize their actual eating environment, which leads to prevent overconsumption of food intake & form balanced eating habits. Based on this system, we need to consolidate and develop a weight control program. Key words : dietary intake survey, internet of things, bluetooth module, smart-phone, application 서론 건강한영양상태를파악하고진단하기위해서영양판정이필요한데, 그중식이섭취조사는매우중요한항목이다. 정확한식이섭취조사를위해서조사대상자가섭취한음식의종류와양의파악이우선되어야한다. 식이섭취조사방법으로는실측법, 식사 접수일 : 2016 년 7 월 11 일, 수정일 : 2016 년 7 월 19 일, 채택일 : 2016 년 7 월 25 일 Corresponding author : Un-Jae Chang, Department of Food & Nutrition, Dongduk Women s University, 60 Hwarang-ro 13-gil, Seongbuk-gu, Seoul 02748, Korea Tel : 82-2-940-4464, Fax : 82-2-940-4610 E-mail : uj@dongduk.ac.kr 기록법, 24시간회상법및식품섭취빈도법등이있으며, 이중가장많이사용되는방법은식사기록법과 24시간회상법으로, 목측량파악이미숙한일반인들에게정확한음식량을기록하는데한계가있고, 기억력의제한점등으로많은어려움과문제점이있다 (Kim 2008). 이러한단점을보완하기위해 2007 년에카메라폰을이용한식이섭취조사방법 (Chang & Ko 2007) 을제안하였다. 실험대상자들이음식섭취전후사진을휴대폰에부착된카메라로촬영하여전송하면전문영양사가분석하는카메라폰방법은다른식이섭취방법들과비교했을때, 가장정확하다는실측법에근사한값을나타내어타당성이있다고발표하였다. 그러나카메라로촬영된섭취한
226 사물인터넷을이용한식이섭취조사방법 음식의정확한섭취량을판정하기에는무리가있으며, 섭취한모든음식을카메라로촬영ㆍ전송하고그결과를다시받는일또한쉬운작업은아니었다. 따라서섭취한음식량의정확한측정과보다손쉽게사용할수있는방법이요구되고있는실정이다. 사물인터넷 (Internet of Things, IoT) 이란유ㆍ무선의네트워크기반으로모든개체를연결하여통신망을기반으로사람- 사물뿐아니라사물- 사물간의상호적인정보교환및의사소통을지원하는지능형기술및서비스를의미한다. 사물인터넷기술은디바이스, 네트워크, 플랫폼, 서비스를아우르는융합기술로현재산학연을비롯한다양한연구그룹에서연구및기술개발이진행중에있다 (Park 등 2014). Cisco(2015) 는사물인터넷미래전망보고서에서향후 2020년까지 500억이상의디바이스가연결되는환경이도래한다고예상했다. IT Statistics of Korea(ITSTAT) 에의하면우리나라의스마트폰사용인구는꾸준히증가해왔으며, 2015년 8월약 4천2백만명의가입자수를보이고있다. 이렇듯지속적으로증가하고있는스마트폰사용자의수와함께질병예방및건강관리에대한관심이꾸준히증가하고, 사물인터넷기술이발전함에따라스마트폰을활용하여제공되는사물인터넷기반맞춤형 e-health care 서비스가크게성장할것으로예상된다. 그러므로사물인터넷을이용하여식이섭취조사방법을개발하면정확한섭취량을측정할수있고, 사용자의불편함을덜어드려손쉽게데이터를얻을 수있다고판단된다. 본연구에서구현하고자하는시스템은식기밑면의바닥부분에부착된하중센서를통하여초기음식중량과섭취하는동안의음식중량을측정하고, 그결과를블루투스모듈 (bluetooth module) 을통해스마트폰으로전송하면, 별도의전용애플리케이션에섭취음식량과열량이표시되도록하는식이섭취조사방법이며, 이를개발하기위한준비단계로시스템개요, 전처리과정과실행과정에대한제시를하고자한다. 연구방법 1. 시스템개요본연구에서제안하는사물인터넷을이용한식이섭취조사방법은식기밑면의바닥부분에부착된하중센서, 스마트폰과통신하기위해필요한블루투스모듈부분, 별도의전용스마트폰애플리케이션으로구성되어있다. 블루투스는작고, 저렴한가격과저전력소모를기반으로하고있으며, 근거리송수신기를모바일장치에직접연동하거나어댑터를통해탑재되어무선통신환경을제공해주는하나의기술적인규격사양이다. Fig. 1에서나타낸것처럼식기밑면의바닥부분 Figure 1. The transmission of information from the weight sensor to the smart-phone through bluetooth.
J Korean Diet Assoc 22(3):225-231, 2016 227 에하중센서를부착하고테두리를중심으로안쪽으로오목하게들어간부분에블루투스모듈을장착하여송ㆍ수신할수있게한다. 블루투스모듈은작고평평하여대부분의식기에부착이가능하다. 블루투스시스템은점-대- 점 (point-to-point) 그리고점-대 -다점(point-to-multipoint) 연결을지원한다. 블루투스망구성은 Fig. 2에서보이는것처럼피코넷 (piconet) 과스캐터넷 (scatternet) 의두가지의무선접속형태를상정하고있는데, 그중본연구에서사용하려는형태인피코넷은블루투스의최소단위네트워크로 1대의마스터 (master) 에주위약 10 50m 이내의거리에있는최대 7개의슬레이브 (slave) 를접속할수있다. 7개의슬레이브는우리나라식사특성상밥, 국그리고 5가지종류의반찬으로구성된 7첩반상에부합된다. 그릇은그릇의하부측면에고유 ID에상응하는번호를새겨놓아혼동을방지한다. 이렇게연결되면스마트폰이마스터가되고, 식기들은각각슬레이브가되어피코넷을형성한다. 다시말해마스터와슬레이브는주종관계인데, 식기인슬레이브에서얻은정보를마스터인스마트폰으로전송한다. 전처리과정에서는식기의초기무게를미리측정하여, 추후식기에음식을담았을때식기의무게를제외한정확한무게측정이가능하도록하였다. 식기마다중량이다르므로전처리과정에서각각의무게가측정된다. 이러한전처리과정을통해서기기의불량또한검출이가능하며즉각수정이가능하다. 3. 실행과정 2. 전처리과정 본연구에서제안하고자하는식기는전처리과정을필수로하고있다. 최초이용시에스마트폰에서블루투스기능을켜고주변기기를검색하여각각의그릇과페어링 (pairing) 시킨다. 각그릇마다고유의식별자 (identifier) 를부여하여애플리케이션에서블루투스를활성화하고페어링할때목록에서적절한기기임을확인할수있도록한다. 애플리케이션에서는현재페어링된그릇을고유 ID를통해구별하여목록을만든다. 구별이어려운 5가지의반찬 Figure 2. Piconet & scatternet. 본연구에서제안하는시스템은크게 device, application, database 부분으로나눌수있다. Device는하중플랫폼과블루투스플랫폼으로구성되어있다. 전처리과정에서사용자가수동으로페어링을선행하므로사용자가시스템실행시애플리케이션과자동으로연동되며, 각각의 device마다고유의식별자 (identifier) 를가지고있어연동시구별이가능하다. Fig. 3은 device와 application 그리고 database간의상호연동을나타내고있다. 중량플랫폼에서음식의중량을측정한정보를블루투스플랫폼에서스마트폰애플리케이션으로보내준다. 애플리케이션에서는데이터베이스에쿼리를요청하여필요한정보를획득하고, 애플리케이션에서필요시다시중량플랫폼에정보를요청한다. 시스템에서사용하는 database는식품의약품안전처의 식품안전정보포털홈페이지 (Ministry of Food and Drug Safety 2015) 홈페이지에서제공하는자료를활용할예정이다. Fig. 4에서는전체시스템의흐름도를기술한내용으로전처리과정및실행과정을상세하게데이터흐름도로나타내고있다.
228 사물인터넷을이용한식이섭취조사방법 결과 본연구에서구현하고자하는애플리케이션의메 뉴는나의정보 (my information), 식사준비 (ready), 식사 (meal), 결과 (result) 로구성되며, 이를 Fig. 5에제시하였다. Figure 3. Comprehensive data flow model. Figure 4. Data flow of total system.
J Korean Diet Assoc 22(3):225-231, 2016 229 나의정보모드에서이름, 성별, 나이, 체중및신장을기록하도록한다. 식사준비모드를선택하면하중센서에서중량을체크한다. 식기에음식을담고사용자는애플리케이션의페어링된 7개의기기목록에서각식기에담긴음식의종류를선택한다. 하중플랫폼에서측정한정보를블루투스를통해애플리케이션으로보낸다. 애플리케이션에서는받은정보를기반으로하여데이터베이스로쿼리를보내어각식기에담긴음식의열량을계산하고이를합하여섭취하려는총열량을구한다. 식사모드를선택하면블루투스가일정타임슬롯 (time slot) 마다측정결과를애플리케이션으로전송한다. 타임슬롯 (time slot) 을 5초단위로가정하여수집된정보를 30초마다검사시간을두어데이터의오차를줄이고자한다. 30초동안 6번의중량측정과정을거치 게되는데, 이때수집된데이터중가장큰값을가진수치는버리고, 세개의최저값의평균으로대체한다. 이렇게계산된값과준비모드에서센싱 (sensing) 한데이터를비교분석하여식사잔량을측정한다. 또한측정값을이용하여식사속도를계산한다. 종료버튼을누르면하중플랫폼에서다시한번중량을측정하여블루투스플랫폼을통해애플리케이션으로정보를전송해준다. 식기에잔량이없을경우식사준비모드에서계산했던총열량과식사소요시간을결과모드에저장한다. 반면, 식기에잔량이있을경우다시애플리케이션에서데이터베이스로쿼리를보내어잔량의열량을계산한다. 식사준비모드에서계산했던총열량에서이열량을제외한나머지열량과식사소요시간을사용자정보에저장한다. 그리고섭취량에대한정보를그래프로수치화하여보여주는데, 결과모드의첫번째화면은 Figure 5. Screen of smart-phone application.
230 사물인터넷을이용한식이섭취조사방법 음식섭취량과섭취열량, 식사시간 (min) 과식사속도 (g/mim) 에대한정보가숫자로나오고, 두번째화면에서는섭취량과식사속도가그래프로제시된다. 고찰정확한식이섭취조사를위해서는본인이섭취한음식섭취량의정확한측정이필수이다. 우리나라음식은눈대중을통해맛을구현하는조리의특성, 그리고같은음식이라도들어가는식재료가다를수있고, 국과찌개를비롯한여러부식을함께나눠먹는음식문화때문에각개인의섭취량을정확히파악하기어렵다. 이를극복하기위해카메라를이용하여음식섭취전후의사진을촬영ㆍ전송하여식이섭취조사를하였으나, 이방법도개인의음식섭취량을측정하기에는역부족이었고, 사진촬영각도도잔반음식의정리상태에따른오차가크다는한계가있다 (Chang & Ko 2007). 보다정확한음식량을측정하기위해일본전자회사인뎃구에서밥의양을정확히파악할수있는디지털주걱저울 (PS-033) 을출시하였다. 이제품은전원을켠뒤밥을푸면무게또는열량을알려준다. 그리고중국회사인 Shenzhen Liweihui에서전자저울그릇 (CH320) 을출시하였는데, 그릇에음식을담으면자동으로무게가측정되며, 식사하는동안줄어든음식중량을눈으로확인할수있는그릇이 다. 또한미국회사 Mark One에서는베실 (Vessyl) 이라는스마트컵을출시하였는데, 이제품은음료의영양추적시스템으로음료의열량과영양성분을 10 초내에분석하여사용자의스마트폰으로전송해준다 (Fig. 6). 이와같이섭취한음식량을정확히측정하기위하여다양한시도들이이루어지고있지만단편적인시도이지음식섭취량의변화, 식사시간및식사속도등종합적이고전반적인정보를제공하지는않고있다. 이를극복하기위해사물인터넷을이용한식이섭취조사방법을생각하게되었는데, 본시스템을통해개인의신체적상태를고려한서비스의제공 (personalized service), 하중센서로부터얻은정보를바탕으로음식중량및칼로리계산 (food intake & calorie calculation) 과그래프화 (visualization), 그리고일정타임슬롯 (time slot) 마다중량의변화를감지하여식사속도제시 (suggestion of eating rate) 등을사용자에게제공할수있게되어본인이섭취한음식량과칼로리뿐아니라식사속도를알수있다. 본연구에서제시하는시스템은사용자스스로지속적으로모니터링할수있고, 정확한열량섭취와식사속도의추이를그래프를통해시각화하여사용자가한눈에보기쉽다. 이를통하여사용자의식사속도를조절할수있어과량의열량섭취를예방할수있어적절한식습관이형성될수있고, 다이어트계획을수립하고실천하는데도움이될것이다. 이시스템이완성되면기존의식이섭취조사방법 Figure 6. Digital weighing rice paddle, digital weighing bowl & smart cup vessyl.
J Korean Diet Assoc 22(3):225-231, 2016 231 들과비교하여타당성을검토할것이고, 이를바탕으로체중감량프로그램에적용시키면현재열량섭취및열량소비수준파악, 체중감량계획결정, 실천및분석을통하여효과적으로체중감량을할수있도록확대발전시켜나갈수있을것이다. 요약및결론본연구에서제안하는사물인터넷을이용한식이섭취조사방법은식기밑면의바닥부분에부착된하중센서, 스마트폰과통신하기위해필요한블루투스모듈부분, 별도의전용스마트폰용애플리케이션으로구성되어있다. 식기밑면의바닥부분에부착된하중센서를통하여초기음식중량과섭취하는동안의음식중량을측정하고, 그결과를블루투스모듈을통해스마트폰으로전송하면, 별도의전용애플리케이션에섭취음식량과열량이표시되도록하는서비스를제공하여사용자가섭취한음식량과칼로리를정확히파악할수있을뿐아니라 식사속도를한눈에알수있도록하여적절한식습관이형성하는데도움이될것이다. REFERENCES Chang UJ, Ko SA (2007): A study on the dietary intake survey method using a cameraphone. Korean J Community Nutr 12(2):198-205 Cisco. Internet of things (IoT). Available from: http://www. cisco.com/web/solutions/trends/iot/overview.html. Accessed October 24, 2015 Kim MJ (2008): A comparative analysis of nutrient intake of Jeju seniors using 24-hour recall method and the food frequency questionnaire method. Masters degree thesis. Cheju National University. pp.22-23 Ministry of Food and Drug Safety. Food and nutrition database. Available from: http://www.foodsafetykorea.go.kr/portal/healthyfoodlife/foodnutrient/advancedsearch.do. Accessed October 23, 2015 Park JT, Chen SM, Ko SJ (2014): Health care service base on internet of things & platform trend. Inform Commu Mag 31(12):25-30