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[황인석 교수] 개인의 다양한 실생활 제약 조건을 존중하는 개인화된 수면 계획 생성 시스템 개발

2023-03-14
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[연구의 필요성]
수면은 신체 피로 회복은 물론 면역, 기억력, 감정 등과도 밀접한 관련이 있는 삶의 매우 중요한 요소이다. 대부분의 사람들이 밤 10~11시경부터 7~9시간의 수면을 취하는 것이 이상적이라는 사실을 잘 알고 있으며 이런 가이드라인을 기반으로 수면을 돕는 기술 또한 많이 연구되어 왔다. 그러나 지금까지의 기술들은 개인의 다양성을 존중하지 못하고 일찍 자고 일찍 일어나라는 식의 획일화된 수면 추천을 제공하는 한계를 보였다. 그러나 프로젝트 마감이 임박한 직장인, 혹은 해외 동료와 온라인 미팅을 해야 하는 연구자 등 대다수의 바쁜 현대인들은 현실적으로 이러한 일방적인 수면 추천을 따르기가 불가능하다.

따라서 개개인마다 다른 앞으로의 일정, 신체 피로도, 과거의 수면 기록 등 여러 가지 복합적인 변수들을 고려하여 사용자 각각의 현실적인 제약 범위 내에서 실천 가능한 최적의 수면 계획을 생성, 추천해주는 시스템이 있다면 많은 사람들의 실질적인 수면 생활의 질이 향상될 수 있을 것으로 기대할 수 있다.

[포스텍이 가진 고유의 기술]
본 연구에서는 사용자의 기존 일정과 신체 활동을 고려한 개인화, 최적화된 수면 계획을 추천하여 일상생활과 건강한 수면의 공존을 도모하는 시스템을 개발하였다. 인간의 수면 시점은 기본적으로 하루 주기의 생체 리듬, 활동량과 수면량에 따라 증감하는 두뇌의 아데노신 농도 등을 비롯한 신체 피로도 기반의 수면 압력에 의해 결정된다. 본 시스템에서는 사용자의 수면, 신체 활동 기록을 바탕으로 생리학적 피로 모델에 근거한 수면 압력을 계산하여, 개개인마다 다른 일상속 제약을 존중하면서 동시에 최소한의 수면량으로 신체 및 피로 회복 등의 효과를 최대화하는 향후 일주일 동안의 최적 수면 계획을 산출해낸다.

또한 수면 계획을 효과적으로 전달할 수 있는 대시보드 인터페이스를 개발하였다. 해당 인터페이스에서는 기본적으로 추천된 수면 스케줄과 더불어, 긴박하게 발생하는 일상 생활 속 불가피한 일정 변화에 따라 유연하게 택할 수 있는 차선책을 함께 제공함으로써, 시스템에서 제공하는 수면 계획의 설득력을 높이고 사용자의 현실 조건을 지속적으로 존중하며 건강한 수면 생활을 유도한다.

[연구의 의미]
지금까지의 수면 연구는 이론에 근거한 이상적인 수면 일정으로 사용자를 유도하는 데 초점이 맞춰져 있었다. 본 연구는 여기서 한 걸음 나아가 개개인이 처한 상이한 일정과 신체 상태 여건에 따라 현실적으로 실천 가능한 개인화된 수면 일정이 필요함을 역설함으로써 연구자들의 관심을 환기시키고, 그것을 가능케 하는 최초의 시스템을 개발하여 장기적인 사용자 실험을 통해 그 효과까지 확인했다는 점에서 큰 의의를 지닌다.

또한 본 연구는 실생활 및 산업계에서의 활용 가능성이 굉장히 높다. 나아가서 조직 차원에서의 일정과 구성원 각자의 수면의 질과 생산성 개선 사이의 최적화에도 이용될 수 있다. 구체적으로는 병원, 항공 등 교대근무로 인해 규칙적인 수면생활이 불가능한 노동자들이 종사하는 산업계 전체에 활용될 수 있을 것이다.

[연구결과의 진행 상태 및 향후 계획]
수면 외에도 전통적으로 획일화된 인간 모델을 기준으로 삼고 있는 분야에서 개인의 다양성을 반영한 모델을 설계하고 이를 이용해 인간의 실질적인 행동 변화를 유도하는 연구를 지속하려고 한다. 식생활, 운동 등 다양한 영역에서 유비쿼터스한 인지 기술을 바탕으로 개개인 간 미세한 차이를 찾아내고 모델링하여 삶의 질 개선에 기여할 수 있을 것으로 기대한다.

[성과와 관련된 실적]
* 국제 학술대회 논문
–  개개인마다 다른 일상의 다양성과 불가피성을 존중하는 맞춤형 수면 계획 추천은 전례 없던 시도로서 참신성을 인정받았고, 이에 더불어 수면 이론에 입각한 과학적 엄밀성과 탄탄한 사용자 실험의 실제성을 인정받아, HCI 기술 분야 최우수 국제학술대회인 ACM UIST 2022에 논문이 게재되었음.
– Jungeun Lee, Sungnam Kim, Minki Cheon, Hyojin Ju, JaeEun Lee, Inseok Hwang. SleepGuru: Personalized Sleep Planning System for Real-life Actionability and Negotiability. ACM UIST 2022.

* 특허출원
– 국내특허 : 동적으로 변하는 제약사항을 고려하는 개인화된 수면 플래닝 시스템 및 이를 위한 수면 스케줄 생성 방법 (출원번호: 10-2022-0078946)
– 미국특허 : PERSONALIZED SLEEP PLANNING SYSTEM CONSIDERING INDIVIDUAL DYNAMIC CONSTRAINTS AND SLEEP SCHEDULE CREATING METHOD USING SAME (U.S. Patent Pending. Application No. 17/886446 (Application Date: 11-AUG-2022))

[성과와 관련된 이미지]
그림1. 피로도에 기반한 수면 압력 그래프 및 그 최적화

그림 2. 전체적인 수면 추천 시스템의 구조도

그림 3. 추천되는 수면 시간의 설득력을 뒷받침하는 대시보드 인터페이스

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