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WiFi 신호로 심박수 측정 가능

 (news.ucsc.edu)
1P by GN⁺ 3일전 | ★ favorite | 댓글 1개
  • WiFi 신호만으로도 임상 수준의 심박수 측정이 가능함
  • 초저가 WiFi 기기와 알고리듬 결합으로 웨어러블 없이 건강 상태 확인이 가능함
  • 개인 위치나 움직임에 관계없이 3미터 떨어진 곳에서도 정확한 측정이 가능함
  • 연구팀은 ESP32, Raspberry Pi 등 저가 디바이스 데이터로 알고리듬을 훈련함
  • 미래에는 호흡률 측정 및 수면무호흡증 감지에도 활용 가능성 높음

개요

  • UC Santa Cruz 연구팀은 일반 가정용 WiFi 신호만으로 심박수를 정확하게 측정하는 Pulse-Fi 시스템을 개발함
  • 이 시스템은 초저가 WiFi 디바이스와 머신러닝 알고리듬을 결합하여, 기존의 웨어러블 없이도 실시간 건강 모니터링 가능성을 보여줌

Pulse-Fi: WiFi와 머신러닝으로 심박수 측정

  • WiFi 장치는 주파수 파동을 주변에 방출하며, 사람과 같은 객체에 닿으면서 파동에 수학적으로 감지 가능한 변화를 만듦
  • Pulse-Fi는 WiFi 송수신기에서 수집한 신호를 신호처리 및 머신러닝으로 분석함
    • 잡음을 필터링해 심장 박동에 의한 미세한 신호 변화만 추출함
  • Baskin School of Engineering의 교수와 대학원생, 고등학생 방문 연구원이 프로젝트를 주도함

실험 결과 및 정확도

  • 118명의 참가자를 대상으로 5초간 측정만으로 임상 수준 정확도에 도달함
    • 평균 오차는 분당 0.5박에 불과하며, 측정 시간이 늘어나면 정확도 증가함
  • 실험실 환경뿐 아니라, 다양한 자세(앉기, 서기, 눕기, 걷기 등) 와 장비 위치에 상관없이 이상 없이 동작함
  • 3미터(약 10피트) 거리에서도 고정확 도출, 상업용 라우터 등 고급 WiFi 기기 활용시 더 좋은 성능 기대됨

데이터셋 구축

  • 알고리듬 훈련을 위해 ESP32와 표준 산소포화도계를 같이 사용해 직접 데이터를 수집함
    • Pulse-Fi 데이터와 산소포화도계의 '정답' 데이터를 결합해 신경망 훈련
  • 또 다른 연구팀이 Raspberry Pi로 구축한 대규모 데이터셋에도 Pulse-Fi를 적용함

응용 및 미래 방향

  • 향후 연구로 호흡률 측정 및 수면무호흡증 감지 등 추가적인 용도 확장 예정임
  • 비공개 단계 실험에서도 호흡 및 무호흡 탐지에 높은 정밀도 가능성 확인함

산업적 활용

  • 상업적 도입에 관심 있는 기업은 UC Santa Cruz의 기술이전 담당자에게 연락할 수 있음

결론

  • 초저가 하드웨어와 머신러닝 조합으로 비접촉 심박 및 건강 모니터링이 가능해짐
  • 웨어러블·병원장비 없이도 집에서 쉽고 비침습적으로 건강상태 확인 혁신이 기대됨
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GN⁺ 3일전  [-]
Hacker News 의견
  • 어떤 사람들은 이 기술로 생체 정보를 지속적으로 모니터링하는 걸 제안함. 반면 몇몇은 이것이 프라이버시 문제를 일으킨다고 생각함. 하지만 더 큰 문제는 지속적인 모니터링이 오히려 과잉 진료로 이어져 환자들에게 더 안 좋은 결과를 초래할 수 있다는 것임. 중요한 이유는 우리가 활력 징후를 모니터링하는 시점이 이미 뭔가 이상함을 의심할 때라는 점임. 건강한 사람을 계속 관찰하면 꽤 큰 변동폭이 나타나 정말로 문제가 없어도 겉보기에 문제처럼 보일 수 있음. 실제로 이것은 병원에서 분만 중 엄마와 아기를 계속 모니터링하면서 실험적으로 확인된 사실임. 어떤 클리닉에서는 도착 즉시 계속 모니터링을 시작하고 괜히 더 많은 치료를 해서, 원래 건강했음에도 불구하고 결과가 더 나빴던 경우가 있음. 물론 일부 클리닉은 원래 과잉 진료 경향이 있을 수 있으나, 과도한 모니터링이 과도한 치료로 이어지는 현상이라는 직관적 설명이 마음에 듦
  • 유틸리티 폴 점검 헬리콥터가 어떻게 프로펠러의 사운드 웨이브 리버브 패턴으로 나무 폴의 상태(좋은지 썩었는지)를 파악하는지 들어봄. 비침습 센싱(기존/환경 방출 원천 사용) 분야가 정말 인상적으로 발전 중임
    • 통신 공사 분야에서는 폴 주변에서 작업할 때 반드시 "해머 테스트"를 하라고 교육받음. 좋은 폴, 약간 썩은 폴, 완전히 썩은 폴의 소리 차이가 상당히 큼
    • 관련 원문 기사(2001년): 새로운 기술이 항공 레이저와 AI로 목재 구조 신뢰성을 평가함. 실제 상용화됐는지는 모르겠고, 최근엔 열화상 및 다중분광 이미징 활용 사례도 봤음
    • 이런 크기가 큰 헬리콥터가 전선이 연결된 유틸리티 폴에 실제로 근접할 수 있다는 것이 어떤 모델인지 궁금함
    • CT 스캔은 환자에게 방사선을 쬐는데 여전히 표준 진료임
  • Star Trek TOS 에피소드에서 커크 선장이 살인 혐의를 받고, 심장 박동을 분리·탐지하여 아직 배에 남아 있던 희생자를 찾아내는 장면이 떠오름. 거의 60년 전 에피소드지만 혹시 스포였다면 양해 바람
    • 클래식 Star Trek 팬으로서 말하자면, 그들은 행성 전체를 스캔해서 승무원을 찾아내지만, 자기 배에 누가 있는지는 파악 못함. 우주선 안에 범용 오디오 감시 장치가 있음에도 벽 인터폰을 사용해야 함
    • “스포일러!”라는 농담을 할 기회를 빼앗아감. 사실 에피소드를 미리 말해주는 것보다 더 억울함
    • 유쾌한 요약: planetofhats의 해당 에피소드 요약
  • 모든 사람의 심장은 다름. 홍채나 지문처럼 고유의 심장 신호(카디오 서명)를 구별에 활용할 수 있음. 이미 레이저로 원거리에서 이를 감지하는 연구도 존재함 관련기사: 펜타곤이 심장 박동만으로 식별하는 레이저 개발
    • 인체가 WiFi 신호 전파를 방해하는 방식에 기반한 바이오메트릭 식별 | 관련 HN 기사
      연구자들이 WiFi에 적용되는 CSI(채널 상태 정보: 전자기 신호의 진폭과 위상 정보 등)를 사람 개개인이 다르게 왜곡하는 방식에 주목했음. 이를 딥러닝으로 처리해 신호 기반 고유 데이터 서명을 도출함. 이 방식은 신호 기반 Re-ID(재식별) 시스템에 적용될 수 있음
    • 지문은 변하지 않지만 심장 박동은 매번 달라짐. 모든 심장 박동이 다 다르기에 개별적인 '심장 서명'도 항상 바뀌어 특정인을 지속적으로 식별하는 데 어려움이 있을 것임
  • 착용감도 불편한 웨어러블 없이, 러닝머신에서 가슴띠도 필요 없음. 심장 박동과 호흡까지 동시에? 집안 모든 사람을 24/7로 저렴한 Raspberry Pi로 모니터링? 이 기술이 시장에 나오려면 오래 걸리지 않았으면 좋겠음. 정말 유용해 보임
    • 긍정적인 SF적 활용 시나리오가 존재함. 하지만 오직 데이터와 자동화가 완전히 해당 인간 당사자의 통제 하에 있을 때만 의미가 있음. 예: 자가 호스팅 서버, 로컬 GPU, 로컬 LLM, 오프라인 음성 인식, 개인 3D 홈 및 인체 스캔 등
    • 케어기빙(돌봄)에도 엄청난 가치가 있을 듯함. 나는 할머니를 돌보는데, 에어태그를 열쇠에 달아두는 것도 쉽지 않음. 웨어러블이나 라이프 알림 같은 기기는 꾸준히 착용하실 수 없음. 비침습적이고 수동적인 헬스 모니터링이 있으면 굉장히 좋겠음
    • 이 기술은 너무 기이하게 느껴져 WiFi 업계에서 이를 극도로 경계할 것 같은 예감이 듦. 아마 특허로 묶어둘지도 모르겠음. 정부 역시 이런 게 대중에 알려지는 걸 원치 않을 것 같음
    • WiFi RSSI 해킹(예: WiSee(2013)), Linksys Aware(-2024) Linksys Aware 구글 검색,
      관련 쓰레드: 802.11bf 설명,
      802.11bf 검색: 구글,
      "집 전체 무선 신호를 이용한 제스처 인식"(2013): ACM 논문,
      인용 논문들 구글 스칼라,
      고자유도 가속도계 기반 무선 제스처 인식, Awesome-WiFi-CSI-Sensing,
      3D 스캐닝 기술 및 응용 분야까지
  • 이 기술을 개발한 고등학생임. 궁금한 점 있으면 질문 주면 답변해줄 의향 있음
    • 축하함, 정말 인상적임. 링크된 기사에 세부 정보가 많이 부족해서 논문이나 프리프린트를 공유해줄 수 있는지 궁금함
  • ESP32 칩에서 동작하는 걸 보면 스마트폰의 WiFi 칩에서도 잘 작동할 것이라고 확신함(기사엔 언급 안 됨). 요즘 많은 사람들이 스마트폰을 항상 휴대함. 이로 인해 한 사람의 심층적인 프로필을 만들 수 있음. 예를 들어, 그가 스마트폰에서 뭘 보거나, 어떤 전화를 받았는지, 혹은 어디에 있는지, 근처에 있는 다른 사람(다른 스마트폰의 신원)까지 파악할 수 있음. 사용자의 감정(흥분, 두려움, 분노 등)까지 다양한 정보를 조합해 훨씬 더 많은 것을 알 수 있을 것으로 보임
  • 이런 기술은 새로운 게 아님. WiFi 신호로 이미 최소 10년 전부터 사물/사람/동물 감지, 보행 분석[1], 키 입력 인식[2], 호흡 및 심박수 모니터링[3], 심지어 대화 도청[4]까지 활용됨.
    과거 관련 HN 토론,
    The Atlantic - Wi-Fi Surveillance,
    아카이브
    1: 보행 분석 IEEE 논문
    2: 키 입력 감지 ACM 논문
    3: 호흡·심박 감지 아카이브
    4: 대화 도청 아카이브
    • 이런 기법들을 실제로 성공적으로 구현해본 적이 있는지 궁금함. 몇 년 전 비슷한 적용을 검토해본 적 있는데, 논문에서 언급된 방식마다 한계나 방법론적 허점이 꽤 많았음
    • 사실 같은 원리가 소리(음파)에도 적용된 바 있음. 몇 년 전엔 자동차 스피커와 마이크로 차량내 사람 수(특히 방치된 아동·반려동물 탐지) 확인 사례 논문을 본 기억 있음
    • [공식 발표 기준] 가정과 오피스 상용화가 현재로썬 새로움
  • 802.11bf가 센싱(감지) 응용에 중점 두고 있음

    최근 발전 덕분에 WiFi 기술로 탐지, 위치추적, 인식 등 센싱 기능이 가능해짐
    그러나 기존 WLAN 표준은 통신 목적 위주로 개발돼서 고도화된 센싱 요구를 충분히 충족하지 못함
    이를 위해 IEEE 802.11 작업 그룹이 802.11bf 태스크 그룹(TG)을 신설해, 첨단 센싱 요구사항을 다루되 통신 영향은 최소화하는 표준 개정안을 만듦
    관련 논문: IEEE Xplore 802.11bf 센싱 소개,
    NIST Wi-Fi 센싱 확대 연구,
    Cognitive Systems - 802.11bf의 레거시 센싱 강화 방식
    참고: IEEE 802.11bi(데이터 프라이버시 강화)도 존재함

    • 802.11 Blue Falcon
  • 이 기사(보도자료)가 자칭 건강 모니터링의 긍정적 효과만 강조하고, 프라이버시 문제는 전혀 언급하지 않음이 아쉬움. 이 기술은 다양한 방식으로 악용될 위험이 큼. 예컨대, 광고 시청 후 심박수 변화를 감시해, 감정적으로 타격을 줄 수 있는 광고 타깃팅도 가능함. 쇼핑 중 심박 변화 감시 등도 마찬가지임. 심지어 도둑이 집에 사람이 있는지 감지하는 데도 쓸 수 있음. 앞으로는 업데이트 안 된 WiFi 라우터가 봇넷에만 악용될까 걱정하는 것이 아니라, 위치와 흥분도 등 생체 데이터를 추적·판매하는 문제까지 우려해야 할 것임
    • 새로운 효율적 시장(=new and more efficient markets)이 열리게 됨
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