대화 로봇기술(RT)에 의한 재택 건강관리와
지원 응용시스템의 이용촉진
2016년 고령화 시대로의 진입을 앞두고 헬스케어 로봇에 대한 관심도가 점차적으로 증가하고 있다. 하지만 헬스케어 로봇은 단순 기능적 측면보다 사용자 친화적인 부분이 중요한 분야로, 이는 이용자의 연령대 등을 고려했을 때 로봇이라는 첨단기기가 주는 심리적 불편함이 오히려 활용성을 저해할 수 있기 때문이다. 이에 본지는 대화 로봇기술을 이용한 헬스케어 로봇의 실증실험 사례를 소개한다.
1. 서론
초고령 사회를 향해 지금도 고령화가 가속되고 있는 가운데 의료시설의 간호나 간병의 대상이었던 고령자가 일본 후생노동성의 방침에 따라 자택요양이 강요되고 있다. 후생노동성의 2010년도 국민건강·영양조사에 의하면 60대의 60%이상, 70대의 70∼80%가 고혈압증이며, 자각증상이 없는 관계로 합병증으로 이어지고 있어 가정에서의 혈압 측정이 필수적이다. 인터넷을 통한 활발한 데이터의 송신이나 TV전화를 시작으로 한 ICT를 이용한 재택 건강관리 시스템은 지금까지 많이 구축되어 실증실험이 되고 있고, 외국에서는 무선화된 센싱 디바이스를 이용한 가정용 건강관리 시스템도 많이 제안되고 있다. 하지만 대부분 원격 시스템으로 이루어져 있음에도, 서비스 자체가 자기 완결형으로, 지속성과 확장성이 좋지 않다.
통원 중에 있는 고혈압 환자마저도 자택에서 혈압 측정을 실행하는 경우 27.5%에 불과하다는 실태조사가 있다. 이유는 측정하는 것을 잊었거나 측정하는 것이 귀찮아서이다. 이 문제에 대해 음성을 주체로 한 대화 로봇기술(RT)을 도입해 직감적이며, 간편한 시스템을 이용 하게 했다.
2. 시스템 개요
환자인 고객은 대화 로봇(이하 RT 마스코트)을 통해 음성 대화와 터치패널 GUI 및 각종 바이탈 센서가 내장된 바이탈 센싱 의자에서 혈압, 맥박, 체온, 체중을 측정하게 된다. 각종 측정 데이터는 인터넷을 통해 서버에 저장되며, 한편 담당의사가 설정한 데이터베이스에 근거해 건강상태의 판정과 문진 내용이 선정된다. 환자는 시스템의 문진을 통해 진단 결과와 건강에 대한 권고를 받게 되며, 또 긴급 시에는 콜 센터에 통보할 수도 있다.
1)대화 로봇기술(RT)
고령자, 그 중에서도 특히 여성은 컴퓨터 조작을 비롯해 기기조작을 두려워하는 경우가 많지만, 최근에는 컴퓨터를 사용하지 않는 환자들도 음성대화에 의해 시스템 조작을 하는데 어려움을 덜게 되었다. 센서 기기의 조작을 제외하고는 모든 조작을 음성으로 조작이 가능하도록 되어있어 어느 정도 효과가 기대되고 있다.
음성 대화 인터페이스 건강관리에 대한 어플리케이션은 의료에서 시용에 견딜 수 있는 높은 인식률이 대전제가 된다. 일반주택에서 음향환경이나 입과 마이크의 위치관계, 음성의 크기, 발화(發話)시점에 제약조건을 주지 않고, 고령자의 경우 ‘혀’의 움직임이 좋지 않은 환자도 생각해야 한다. 이러한 불확정 요소들 때문에 높은 인식률을 달성할 필요가 있다.
음성 대화 마스코트 음성에 의한 시스템 조작은 키보드나 마우스를 조작하지 않고 직감적으로 이용할 수 있지만, 기계 시스템을 상대로 이야기한다는 위화감을 떨쳐내지 못하고, 생활에 받아들이기도 어렵다. 시스템과 환자 사이에 중개 역으로 RT 마스코트를 도입함으로써 일정한 효과를 기대할 수 있게 된다. 시스템과 환자사이에 위화감이나 저항감을 완화하면서 환자에게 흥미를 갖게 함으로써 ‘사용하고 싶다’라는 ‘자발적인 측정’을 유발하고자 하는 의도이다.
RT 마스코트는 시스템의 일부로서 정해진 하드웨어를 사용하기보다 본래 고객이 좋아하고 요구하는 기능에 대응해 자유로이 선택되는 것이지만 이번 시스템에 한해서는 Violet사 제품인 Nabaztag를 개조해 시스템의 음성, GUI와 동기로 액션, 흉부에 전체 천연색 LED에 의한 시스템 상태의 표현, 바이탈 측정 결과에 의한 작업, 측정을 잊어 버리지 않게 호소하는기능 등을 실장했다.
터치 패널 GUI 환자는 측정에서 문진까지 일련의 흐름을 터치 패널 디스플레이에 표시된 설명에 따라 실행한다. 시스템은 음성 조작뿐만 아니라 화면상에 표시된 버튼을 터치하는 것만으로 조작이 가능하게 된다. 고령자라도 사용하는데 편리하고 기분 좋게 이용할 수 있는 시스템을 제공하기 위해 GUI의 이용 흐름을 알기 쉽게 스텝화 할 것, 기능을 직감적으로 파악할 수 있도록 간단한 디자인일 것, 고령자에게도 읽기 쉬운 문자 사이즈/콘트라스트로 할 것, 초심자 또는 숙련자이건 자신의 템포에 맞게 이용하도록 할 것 등을 설계 콘셉트에 반영했다.
2)검진 지원 로봇기술
주택에서 일상적인 건강관리 지원을 하기 위해서는 쾌적하고 일정한 조건하에서 측정을 할 수 있는 공간과 건강상태의 변화를 수집, 축적해 위험상태를 자동 판별에 의해 의사의 진단지원을 실행하는 자동 문진 시스템이 필요하다.
바이탈 센싱 의자 환자에게 측정부담이란 측면에서 바이탈 데이터의 측정방법은 필연 측정, 자발 측정, 강제 측정의 3가지 형태로 분류된다. 이 중 필연측정은 병상이나 변좌에 내장된 센서에 의해 환자가 의식하지 않거나, 혹은 생활 속에서 자연스럽게 측정하는 것을 말한다. 측정 부담은 덜 수 있지만 측정정도 및 빈도면에서 불충분하다.
온습도 관리를 포함한 측정 환경관리를 통해 일정 장소, 같은 자세로 측정하기 위해 바이탈 센싱 의자를 준비하는 것이 좋다. 또한 건물 구조도 환자에게 부담을 주지 않도록 레이아웃을 고려해 화장실과 욕실 등에 대한 배려도 함께 고려할 필요가 있다.
자동 문진 시스템 자동 문진 시스템은 측정된 관찰 데이터 결과에 대응해 준비한 질문에 대한 회답의 선다형을 연쇄적으로 추적함으로써 질환명이나 병적상태 또는 이에 대응하는 충고 등의 결론에 도달하는 시스템이다. 개인차를 무시한 표준치에 의해 진단했으나 바이탈 데이터의 표준 편차나 이상 시의 값은 개인마다 다르기 때문에 정도 높은 문진 시스템을 실현하기 위해서 의사가 결정한 개인마다의 대응 최소치에 의한 바이탈 데이터를 정확하게 분류할 필요가 있다.
3. 재택 시용실험용 프로토 타입 시스템
재택 실험을 하는데 있어 일반 고령자에게 이용성 평가 및 데이터 수집과 개선점을 찾을 목적으로 프로토 타입을 구축했다. 시용실험은 피시험자 집에서 실시하는 것을 전제로 했으며 여기서는 쉽게 설치가 가능한 간이 시스템으로 제작했다. 시스템 하드웨어는 각종 센서와 RT 마스코트, 터치패널 디스플레이, 마이크, 스피커, PC로 구성됐다.
센서는 생명에 위험을 주는 긴급성이 높은 정보를 검출할 수 있어야 하고 고령자가 사용하기에도 용이해야 한다. 혈압계, 체온계를 비롯해 탈수증상 판정에 이용하는 체중계를 추가해서 구성했다.
소프트웨어는 Adobe Flash를 베이스로 표현력이나 시스템 감응을 대폭 개량한 2차 시제작 시스템을 개발했다.
4. 장기 재택 시용실험(試用實驗)
시스템의 사용 편의성과 계속성을 평가하기 위해서는 실험실 환경이 아니라 이용하는 현장, 즉 실제 생활하는 자택에서 실행하는 것이 매우 중요하다. 실험에서는 ‘사용 않는다’, ‘사용을 계속하지 않는다’는 문제에 대한 시스템의 유용성과 개선점을 밝히는데 목적을 두고 1개월 동안 일반 고령자 집에서 시용실험을 2기로 나누어 실행했다.
1)피시혐자와 시험방법
대상 피시험자는 비교적 건강한 고령자 부부 10명을 모집했다. 시스템의 설치 장소 및 피시험자의 특성에 차이가 있고 PC를 취급하는 사람과 평소 측정 습관이 있는 사람, 그리고 1차 시험에만 응한 사람, 1, 2차 시험에 응한 사람, 2차 시험에만 응한 사람으로 구분된다. 주거 위치는 동경, 경도, 우쓰노미야 3곳이며, 초진 면담 시의 정보를 서버에 등록하고, 자택에 설치 시 서버와의 연결, 동작확인을 거쳐 1일 2∼3회 측정했다.
2)설문조사 결과 및 2차 시작 시스템의 개량점
시스템의 측정촉진 효과 및 개선점을 찾아내기 위해 1, 2차 시용실험 직후 기능항목마다 선택지와 자유기술에 의한 설문조사를 실시했다. 1차 시작실험에서는 음성 인식률이나 측정부담 및 측정의 계속성에 대해 양호한 결과를 얻은 반면, 음성/터치에 대한 응답이 늦고 또 GUI화면이 이해하기 힘들었다는 의견이 일부 있었다.
특히 터치조작만을 실장한 특정치의 그래프 표시기능에 대해 피시험자 전원이 유용하다고 하면서도 조작이 어렵다고 했고, 평균 8∼11분 소요되는 시간도 길었다고 답변했다. 이에 2차 시작 시스템에서는 Adobe Flash를 중심으로 소프트웨어를 개선했다.
아침, 점심, 저녁에 따라 다른 시나리오를 설정하는 것에 대해서도 위험치가 측정되는 경우에는 의료기관 통지기능을 추가했고 RT 마스코트를 불러 측정망각 방지기능이나 복장에 따른 체중 옵셋기능, 잠시 자리를 비울 때 1차 중단, 재개 기능을 추가했다.
3)기능항목에 대한 설문조사 결과
1차, 2차 시용실험 후에 실시한 설문조사를 근간으로 각 기능의 유용성 또는 계속 이용의 장애가 되는 요인에 대해서 상세히 검토했다.
음성인식 인식률에 대해서는 1차, 2차 모두 좋은 반응을 얻었다. 설치장소에 따른 음향환경의 차이도 없었으며 거의 실용에 만족하는 수준에 도달했다. 또 응답속도에 대해서도 2차 시작 시스템에서 불만이 해소됐고, ‘조금 늦다’고 답한 사람은 IT 사용에 능숙한 피시험자였다.
터치 패널의 GUI 1차 시작시스템은 File Maker에 기인하는 여러 문제가 있었으나 그 후 Adobe Flash 베이스로 이행한 2차 시작 시스템에서는 취급용이성과 응답성 양면에서 시스템 이용에 방해가 된다는 응답은 없었으며, 조작성이 개선됐다.
음성 입력과 터치패널 입력 음성 입력과 터치패널 입력에 관해서는 음성입력주체에서 음성 입력부터 터치패널을 동정도(同程度) 이용하는 고객까지 사람들이 긍정적인 반응을 보였다. 또한 PC를 이용하는 습관이 없는 사람도 원하고 있다는 결과를 얻었고, 음성조작과 패널 터치조작을 병용하는 결과도 얻었다.
로봇 기술 마스코트 RT 마스코트에 대해서는 1차, 2차 시용실험에서 의견이 다른 결과를 얻었다. 귀를 회전하는 동작이나, LED 점등 등 소박한 기능만으로 접근했기 때문인지 날이 갈수록 싫증을 내는 경향을 보였다. 특히 2차 시용실험에서는 만들어진 화면 표시에만 집중되어 결과적으로 RT 마스코트에 주목하지 않았다는 의견도 있었다.
바이탈 센싱 의자 1차, 2차 시용실험을 통해 체중측정 시 ‘일어서기 -> 스위치 누르기 -> 액정확인 -> 앉기’ 등 측정순서가 번잡하다거나 사용하기 불편하다는 의견이 많았다. 특히 일어서기, 앉기가 측정에 부담된 것은 근본적인 개선이 필요하다. 또한 의자를 포함한 시스템의 크기 때문에 설치 장소가 제한된다는 의견도 있었다.
이용 시간 시나리오 변경과 설명 화면의 스킵 기능에 의해 1차 시용실험에서는 8∼11분 소요된 1회 평균이용 시간이 2차 시용실험에서는 6∼9분으로 단축되어 불평이 절반으로 감소됐다.
건강 관련 콘텐츠 본 시스템은 음성으로 발화자의 진의를 전달하는 것으로 건강상태를 추정하는 음성 바이탈 기능이나 시스템 이용 후의 음성을 기록하는 음성 일기 기능 등의 부가 요소를 추가했다.
4)시스템의 이용 실적과 계속성에 관한 연구
시스템을 어느 정도 계속적으로 이용할 것인가에 대한 설문조사 결과, 건강 의식이 높은 환자는 거의 측정을 했으며, 비교적 건강의식이 희박한 환자를 중심으로 한 2차 실험에는 이용률이 일정치 않았다. 이용률 저하 요인으로는 건강의식, 설치장소 등으로 꼽을 수 있다. 한편으로 평소혈압계를 사용치 않았던 고령자 부부는 이번 기회에 시스템을 계속 사용하기도 했다.
1개월에 걸친 계속 이용 여부에 대한 의식조사 결과는 1차 시용실험에서는 ‘계속 사용 할 자신이 있다’는 평가를 전원이 답했으나, 2차 시용실험에서는 ‘계속 할 자신이 있다’, ‘계속 할 수 없다’라는 차이가 있었다. 이유는 건강의식에 따라 차이가 큰 것으로 생각된다. 그러나 대부분의 환자는 ‘자신이 측정하기보다 시스템을 이용하는 것이 편리하다’라고 대답해 시스템 도입이 측정촉진효과가 있음을 확인했다.
5)장기 재택 시용실험의 결론
사업화 시 초기 대상이 되는 ‘건강의식이 높은 고객’은 이용률이 높고 계속 이용 가능할 것으로 나타났다.
한편 ‘건강의식이 낮은 고객’도 이용률에 차이가 있지만 시스템에 대해 긍정적인 의견이 있었으며, 도입효과를 인정했다. 2기에 걸친 재택 시용실험에 대한 결과에서 얻은 로봇에 의한 재택 건강관리·지원시스템 이용 촉진에 효과적인 요건으로 자연언어 처리보다 인식정도와 응답속도를 우선한 음성인식, 음성인식과 터치패널을 이용한 입력계의 이중 안전성(冗長化), 이용시간 10분 미만의 단축과 체감시간 단축을 위한 연구, 음성 바이탈, 음성 일기 등의 건강관련 콘텐츠, 생활 도선상의 공용공간에 시스템 설치 등이 있다.
한편 이외에 시스템과 긴밀히 융합한 센서 디바이스의 개발, 시스템의 콤팩트(Compact)화 및 공간 인필(Infill)과의 일체화, 시스템에 저항감을 갖는 고객에게 RT 마스코트의 활용 등의 추가적인 연구도 기대된다.
4. 결론
지금까지의 재택건강관리시스템에 대한 여러 가지 문제들을 음성대화와 로봇 RT 마스코트 및 터치패널 GUI에 의한 대화, RT에 의해 해결 하는 방법을 제안했고, 장기재택시용실험 결과 어느 정도 측정 촉진효과가 입증됐다. 고객 평가와 시스템 개량의 개발 사이클을 연결해 나가는 것이 가능한 프로토타입을 완성하는 것과 함께 이용성을 향상시키기 위해 향후의 개선점을 추출했다.
향후 기술 과제로는 콤팩트하고 사용하기 쉬운 시스템을 개량하기 위해 의료 기기 메이커와의 제휴를 통한 하드웨어 개발이 요구된다. 이와 병행해 재택실험과 사업화, 프로토타입에 의한 고객과의 평가를 반복하면서 시스템을 새롭게 하고 소프트웨어면에서 부족한 데이터를 수집하는 것이 필요하다. 특히 건강상태 판정, 문진 선택부분의 알고리즘 성숙과 건강상태 해석요약 소프트웨어의 개량이 필요하다.
* 본 원고는 지면상의 이유로 재편집되었으며, 원문 열람 희망 시 메일(makyuha@chol.com)로 문의주시기 바랍니다.
<필자약력>
마규하 전문연구위원
- 서울대학교 공과대학 공학사(기계공학)
- 서울대학교 경영대학원 이수(경영진단사)
- 기아자동차(주) 제조이사
- (주)기아기공 기아기계연구소장(부사장)
- 서울산업대학교 기계설계자동화 공학부 겸임교수(산학명예교수)
- 현, 한국과학기술정보연구원 전문연구위원
<출처>
戶田健吾 ‘コミュニケ-ションRIによる在宅健康管理·支援システムの利用促進’, 日本ロボット學會誌, 30(7), 2012, pp.664∼673
