보수계
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1. 개요
보수계는 걸음 수를 측정하는 장치로, 만보계, 보도계 등으로도 불린다. 초기에는 기계식 스위치와 카운터를 사용했으나, 이후 가속도계와 MEMS 센서를 활용하여 정확도를 높였다. 1780년 아브라함 루이스 페르레가 최초의 보수계를 개발했으며, 이후 일본에서 야마사 시계 계측기에서 '만보 미터'를 출시하며 대중화되었다. 보수계는 건강 관리에 활용되어 신체 활동 증가와 혈압 감소에 기여하며, 휴대폰, 스마트폰, 게임 등 다양한 전자기기에 통합되어 사용된다. 그러나 보수계는 위치에 따라 정확도가 달라질 수 있으며, 걸음 수 외의 강도 정보는 제공하지 않는다는 한계가 있다.
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보수계 | |
---|---|
개요 | |
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종류 | 기계식 전자식 스마트폰 앱 |
역사 | |
발명 | 1780년대 (아브라함 루이 페르레) |
초기 만보계 | 정밀 시계와 유사한 기계 장치를 사용 |
현대적인 형태 | 1965년 (일본) |
명칭 유래 | "만(萬)" 걸음을 걷는다는 의미에서 유래 |
작동 원리 | |
활용 | |
용도 | 운동량 측정 건강 관리 동기 부여 |
참고 자료 |
2. 용어
보수계는 '''만보기'''(萬步機), '''만보계'''(萬步計), '''보도계'''(步度計), '''보측계'''(步測計), '''계보기'''(計步器), '''측보기'''(測步器), '''기보기'''(記步器) 등으로도 부른다.
보수계의 아이디어는 레오나르도 다 빈치가 군사적 목적으로 기계 장치를 구상한 것에서 시작되었다고 여겨진다.[48][49][7][8] 실용적인 기계식 보수계는 1780년 스위스의 시계 장인 아브라함 루이스 페르레(Abraham-Louis Perrelet)가 처음 개발했으며, 이는 걷는 동안 걸음 수와 거리를 측정하는 장치였다.[50][10] 이후 프랑스에서 제작된 기계식 보수계가 토머스 제퍼슨에 의해 미국에 소개되기도 했다.[51][11]
3. 역사
현대적인 보수계의 대중화는 1965년 일본에서 시작되었다. YAMASA에서 '만보계'(万歩計)라는 이름으로 출시한 제품은 일반인이 널리 사용하는 보수계의 시초로 평가받는다.[52][16][43] 이후 기술이 발전하면서 보수계는 단순히 걸음 수를 측정하는 기능을 넘어, 1997년 휴대형 게임과 결합된 형태[44]나 2003년 휴대 전화에 기능이 탑재되는[45][46] 등 다양한 형태로 진화해왔다.
3. 1. 초기 역사
레오나르도 다 빈치(1452–1519)는 군사적 용도로 기계식 보행 계측기, 즉 보수계를 구상했다.[48][49][7][8] 독일 뉘른베르크의 게르만 국립박물관에는 1590년경 독일 남부에서 사용된 것으로 보이는 역사적인 보행 계측기가 소장되어 있다.
고트프리트 라이프니츠는 1672년에서 1674년 사이 프랑스에 머물던 시절, "휴대하면 보행자가 걸은 걸음 수를 자동으로 기록하는 기기"를 처음 보았다고 기록했다.[9]
실용적인 보수계는 1780년 스위스의 시계 장인 아브라함 루이 페를레(Abraham-Louis Perrelet)에 의해 처음 개발되었다. 이 장치는 걷는 동안 걸음 수와 이동 거리를 측정할 수 있었으며, 페를레가 1770년 개발한 자동 감기 손목시계의 작동 원리에 기반했다.[50][10] 초기 보수계의 기계적 구조는 이 자동 감기 원리와 유사했다.
미국의 토머스 제퍼슨은 프랑스에서 기계식 보수계를 얻어 미국에 소개했다.[51][11] 제퍼슨이 이 보수계의 설계를 직접 수정했는지는 알려지지 않았다. 그는 어떤 발명품에 대해서도 특허를 신청하지 않았기 때문에 직접 발명했다는 증거를 찾기는 어렵다.[12][13][14]
일본에서는 에도 시대 중기에 히라가 겐나이가 유럽에서 전래된 보수계를 개량하여 '양정기'라는 이름의 장치를 만들었다고 전해진다. 에도 시대 후기에는 이노 타다타카가 일본 지도 제작을 위해 전국을 측량할 당시, 거리 측정기인 '양정차'와 함께 '보도계'라는 보수계를 사용했다고 한다.
현대적인 보수계의 대중화는 1965년 일본의 YAMASA에서 시작되었다. 이 회사에서 '만보계'(万歩計)라는 이름으로 출시한 제품은 일반인이 사용하는 보수계의 시초로 여겨진다.[52][43]
3. 2. 일본
일본에서는 에도 시대 중기에 히라가 겐나이가 유럽산 보수계를 개량하여 '양정기'를 만들었다. 에도 시대 후기에는 이노 타다타카가 일본 지도 제작 시 '양정차'라는 계측기와 '보도계'라는 보수계를 사용하여 전국을 측량했다고 알려졌다.
현대적인 보수계는 1964년 도쿄 올림픽을 앞두고 개발 논의가 시작되었다. 당시 도쿄의 의사 오야 이와오는 일본인들의 낮은 신체 활동 수준을 우려하며, 엔지니어 가토 쥬리에게 하루 10,000보 걷기를 제안했다.[15] 이에 시계 제조사 야마사 시계 계측기(山佐時計計器, Yamasa Tokei Keiki) 소속의 가토 쥬리는 2년간의 연구 끝에 1965년 '만보계'(万歩計, 万歩計|만포케이jpn)를 개발했다.[15] '만보계'라는 이름은 하루 10,000보가 이상적이라는 개념에서 유래했으며, Y. 하타노(Y. Hatano)에 의해 마케팅되었다.[52][16] 야마사의 만보계 출시는 큰 영향을 미쳐[15] 일본 만 보 걷기 협회가 설립되었고, 전국적으로 걷기 행사가 조직되었다.[15]
1980년 2월 26일, 가토 쥬리의 아들 가토 야스지는 USPTO에 보수계 특허를 출원했으며, 이는 야마사 시계 계측기에 양도되었다.[17]
2015년, 일본 후생노동성은 하루 10,000보 걷기를 권장했으나[18], 이 권고는 명확한 과학적 증거에 기반한 것은 아니라는 지적도 있다.[19]
1997년 12월 18일에는 허드슨에서 보수계와 휴대형 게임을 결합한 육성형 만보계 '테쿠테쿠 엔젤'(てくてくエンジェル|테쿠테쿠 엔제루jpn)을 출시했다.[44] 1998년 3월에는 닌텐도에서 '포켓피카츄'(ポケットピカチュウ|포켓토 피카츄jpn)를 발매하며 게임 기능이 포함된 보수계 시장이 형성되었다. 야마사 역시 이노 타다타카를 주인공으로 한 일본 지도 제작 만보계 게임을 출시했다.
2003년 9월에는 세계 최초로 보수계 기능이 탑재된 휴대 전화인 '라쿠라쿠폰 III'(らくらくホンIII|라쿠라쿠 혼 스리jpn, F672i)가 출시되었다.[45][46]
4. 원리
보수계는 걸음 수를 측정하기 위해 기계식 센서와 이를 처리하는 소프트웨어 기술을 활용한다. 초기 보수계는 비교적 단순한 원리로 작동했는데, 기계식 스위치와 간단한 카운터를 사용하여 몸의 움직임에 따른 걸음을 감지하는 방식이었다. 예를 들어, 기기를 흔들면 내부에 있는 납 구슬이 앞뒤로 미끄러지거나 흔들리는 추가 움직이며 걸음 수를 기록했다.
오늘날의 보수계는 더욱 발전된 기술을 사용한다. MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems) 기술에 기반한 관성 센서와 정교한 소프트웨어가 핵심이다. 이 MEMS 센서는 1개의 축, 2개의 축, 또는 3개의 축 방향으로 가속도를 감지할 수 있다. MEMS 관성 센서를 사용함으로써 걸음을 더욱 정확하게 감지하고, 걷지 않는 움직임을 걸음으로 잘못 인식하는 오류(오탐)를 줄일 수 있게 되었다. 센서가 측정한 가속도 데이터를 해석하여 실제 걸음 수를 정확히 파악하는 소프트웨어 기술 또한 매우 다양하게 발전했다. 다만, 사용자가 보수계를 벨트, 주머니, 가방 등 다양한 위치에 착용하는 현대 생활 환경에서 정확도를 유지하는 것은 여전히 기술적인 과제이다. 최근에는 컴퓨터 비전 기술을 이용하여 걸음 수를 측정하는 더욱 진보된 접근 방식도 연구되고 있다.[20]
보수계에 사용되는 센서는 크게 두 가지 방식으로 나눌 수 있다.[38]
- 진자식: 몸의 상하 움직임(진동)에 따라 내부의 전기 스위치가 열리고 닫히면서 진동 횟수를 기록하는 방식이다.
- 압전 센서식: 몸의 움직임으로 발생하는 상하 방향의 가속도에 따라 압전 소자에서 전기가 발생하는 원리를 이용한다.[38] 이 방식은 흔히 "가속도 센서"라고 불리며, 고성능 모델의 경우 상하뿐만 아니라 좌우, 전후 방향까지 감지하는 3축 센서를 사용하기도 한다. 압전 센서식 보수계는 정교한 알고리즘과 프로그래밍을 통해 단순히 움직임 횟수를 세는 것을 넘어, 실제 보행 상태를 판단하고 센서의 민감도나 사용자별 걸음걸이 차이에서 발생하는 오차를 보정한다.[45][40]
이처럼 작동 방식의 차이 때문에 진자식 보수계와 압전 센서식 보수계는 측정된 걸음 수에서 차이가 나타날 수 있다.[38][42]
5. 기술 및 활용
보수계 기술은 초기의 기계식 방식에서 크게 발전했다. 초기 보수계는 기계식 스위치나 내부의 추가 움직이는 소리를 통해 걸음을 감지하는 단순한 구조였다.[20][38] 현대의 보수계는 MEMS 기반의 관성 센서와 정교한 소프트웨어를 사용하여 걸음을 감지하며, 이를 통해 정확도를 높이고 잘못된 측정을 줄인다.[20] 최근에는 컴퓨터 비전 기술을 활용한 걸음 측정 연구도 진행되고 있다.[20]
단순히 걸음 수를 세는 것 외에도 다양한 기능이 추가되어 활용도가 높아졌다. 사용자의 신체 정보(체중, 성별, 나이 등)나 보폭을 입력받아 소모 칼로리 계산, 보행 거리 표시 등이 가능하다.[38] 또한, 운동 강도를 그래프로 보여주거나 적절한 보행 속도를 안내하는 기능도 제공된다.[38]
착용 방식 역시 다양해져서, 전통적인 허리 벨트 장착형 외에도 주머니에 넣는 타입, 손목시계형 등이 있으며, 넥타이핀이나 벨트 자체에 내장된 형태도 있다.[38]
2000년대 중반 이후에는 보수계 기능이 휴대 전화[39]나 스마트폰[40][41]에 기본 기능으로 탑재되거나 관련 앱 형태로 제공되면서 더욱 널리 활용되고 있다.
5. 1. 정확도
보수계의 정확도는 기기마다 다양하며, 일반적으로 최적의 위치(보통 벨트 클립에 수직으로)에 놓고 평지에서 걸을 때 비교적 정확하다.[21] 최신 고급 보수계는 ±5% 오차 범위 내의 정확도를 보인다.[53][54][22][23]보수계 기술은 걸음 수를 감지하는 센서와 이를 처리하는 소프트웨어로 구성된다. 초기 형태는 기계식 스위치나 진자의 움직임을 이용하는 기계식(진자식) 방식으로 걸음을 감지했다.[38] 오늘날에는 MEMS 관성 센서(1축, 2축 또는 3축 가속도 감지)와 정교한 소프트웨어 알고리즘을 사용하여 걸음을 감지하는 방식이 일반적이다.[45][40] MEMS 센서는 걸음을 더 정확하게 감지하고 잘못된 측정을 줄이는 데 효과적이다. 일부 모델은 운동 시 발생하는 상하 방향의 가속도에 따라 압전 소자가 반응하는 원리를 이용하는 압전 센서식을 사용하기도 한다.[38] 최근에는 컴퓨터 비전 기술을 이용한 걸음 측정 방법도 연구되고 있다.[20]
그러나 보수계의 정확도는 여러 요인에 의해 영향을 받는다. 전통적인 보수계는 기기를 놓는 각도나 위치에 따라 정확도가 크게 달라질 수 있었지만, 최근 모델들은 이러한 문제에 대해 개선되었다.[21] 그럼에도 불구하고, 대부분의 보수계는 사용자가 자동차를 운전하거나 다른 일상적인 움직임을 할 때 이를 걸음으로 잘못 인식하여 오류가 발생할 수 있으며, 이러한 오류는 특히 장거리 통근 시 누적될 수 있다.[21] 또한, 거리 측정의 정확도는 사용자가 직접 입력하는 보폭 값에 따라 달라진다.[21] 사용되는 기술 방식(진자식 vs 압전 센서식)에 따라서도 걸음 수 계산에 차이가 발생할 수 있다.[38][42] 현대의 보수계는 사용자가 기기를 휴대하는 다양한 위치(벨트, 주머니, 가방 등)에서도 정확하게 작동하도록 프로그래밍되어 있지만, 여전히 완벽한 정확도를 보장하기는 어렵다.[45][40]
5. 2. 건강 관리
만보계는 신체 활동을 늘리려는 사람들에게 동기 부여 도구가 될 수 있다. 사람들의 진행 상황을 추적할 수 있도록 다양한 웹사이트가 존재하며, 많은 사람들은 매일 걸음 수와 심박수를 달력에 기록하는 것 또한 동기 부여가 된다는 것을 알 수 있다.임상 연구에 따르면 만보계는 신체 활동을 증가시키고 혈압 수치와 체질량 지수를 감소시키는 것으로 나타났다. 2007년 11월 미국 의학 협회 저널에 발표된 연구[2]는 "결과에 따르면 만보계 사용은 신체 활동의 유의미한 증가와 체질량 지수 및 혈압의 유의미한 감소와 관련이 있습니다."라고 결론을 내렸다.
하루 10,000보를 목표로 하는 것이 처음 제안되었다.[3] 이 목표는 미국 공중보건국장과 영국 보건부에서 권장했다.[4][5] 보편적인 목표를 설정하는 것에 대한 주요 비판은 이동에 어려움이 있는 노인이나 만성 질환자에게는 달성하기 어렵다는 것이지만, 반면에 이 목표는 어린이에게는 너무 낮을 수 있다는 점이다.[4]
만보계에 대한 한 가지 비판은 강도를 기록하지 않는다는 것이지만, 이는 걸음 목표 시간을 제한함으로써 해결할 수 있다(예: 10분 안에 1000보를 걷는 것은 적당한 운동으로 간주된다).[6]
핏비트는 항상 켜져 있는 전자 만보계로, 걸음 수를 세는 것 외에도 이동 거리, 오른 고도(계단 수로 측정), 소모된 칼로리, 현재 강도 및 시간을 표시한다. 밤에는 팔찌 형태로 착용하며, 사용자의 수면 시간과 질을 측정한다고도 한다. 하루 목표는 10,000걸음과 10층의 계단 오르기이다. USB로 컴퓨터에 연결하면 사용자의 데이터가 자동으로 업로드되어 웹 기반 프로필 페이지를 통해 표시되며, 이 페이지는 기록 데이터를 추적하고 음식 섭취 데이터를 추가할 수 있다. 활동을 기반으로 사용자는 일일 걸음 수 및 계단 오르기 목표에 대한 배지를 받으며, 동일한 항목에 대한 '평생' 상도 받는다. 미국과 영국에서는 사용자가 iOS 또는 안드로이드 앱을 다운로드하여 데이터를 기록하고 표시할 수도 있다. 대부분의 핏비트 기기는 걸음 수, 걸음 강도 및 사용자의 프로필 데이터(특히 성별 및 키)를 기반으로 이동 거리를 추정한다. 사용자는 평균 보폭 길이를 측정하고 보정하여 보폭 길이 설정을 개선할 수 있다. 일부 고급 핏비트 모델에는 심박수 모니터링 및 GPS 추적과 같은 추가 기능이 포함되어 있다.
5. 3. 전자기기 통합
보수계 기술은 기계식 센서에서 시작하여 걸음 수를 세는 소프트웨어로 발전했다. 초기에는 기계식 스위치와 간단한 카운터를 사용했지만[20], 오늘날에는 MEMS 관성 센서(1축, 2축, 3축 가속도계)와 정교한 소프트웨어를 사용하여 걸음을 더 정확하게 감지하고 잘못된 측정을 줄인다.[20] 이러한 센서를 통해 벨트, 주머니, 가방 등 다양한 위치에 착용해도 비교적 정확한 측정이 가능하다. 최근에는 컴퓨터 비전을 이용한 측정 방식도 연구되고 있다.[20]2003년 9월, NTT 도코모는 세계 최초로 보수계 기능이 탑재된 휴대 전화인 후지쯔의 라쿠라쿠폰 III (F672i)를 출시했다.[45][46] 이 전화기는 상시 작동하는 보수계가 통합된 최초의 휴대 전화로, 기존 보수계처럼 걸음 수를 측정했으며 ADI의 센서를 사용했다. 이 휴대 전화는 2004년 일본에서 출시되어 300만 대 이상 판매되었다.[28]
다양한 전자기기에 보수계 기능이 통합되기 시작했다. 애플은 나이키와 협력하여 신발에 부착하는 센서를 이용하는 나이키+아이팟 스포츠 키트를 선보였다. 이 센서는 아이폰(3GS 이상), 아이팟 터치(2세대 이상), 아이팟 나노(4세대 이상)와 통신하여 운동 정보를 전송했다.
5세대 및 6세대 아이팟 나노에는 가속도계가 내장되었다.[24]
스마트폰의 발전과 함께 보수계 기능 통합은 더욱 가속화되었다. 아이폰 5s는 애플 모션 보조 프로세서(M7)를 탑재하여 가속도계, MEMS 자이로스코프, 디지털 나침반으로 구성된 관성 측정 장치(IMU)를 통해 저전력으로 사용자의 움직임을 추적할 수 있게 되었다. 이후 아이폰 6와 6 플러스에는 기압계가 추가된 애플 M8 모션 보조 프로세서가 탑재되어 고도 변화 감지 기능이 추가되었고, 아이폰 6s, 6s 플러스, 1세대 아이폰 SE에는 애플 A9 칩에 통합된 애플 M9 모션 보조 프로세서가 탑재되어 성능과 전력 효율성이 향상되었다.
안드로이드 운영체제 역시 버전 4.4 (킷캣)부터 보수계 기능을 시스템 수준에서 지원하기 시작했다.[34] 넥서스 5와 삼성 갤럭시 S5 (S 헬스 앱 탑재) 등이 초기 지원 기기였으며, 현재 대부분의 삼성 스마트폰에는 삼성 헬스 앱이 기본 탑재되어 걸음 수 등 건강 정보를 제공한다. 대부분의 스마트폰, 아이팟 터치, 일부 MP3 플레이어에 내장된 가속도계를 활용하여 다양한 피트니스 앱이 개발되었다.[26][27]
피처폰 시대에도 보수계 통합 시도가 있었다. 노키아 5500 스포츠 폰은 3축 MEMS 관성 센서를 사용했지만 배터리 소모 문제가 있었다. 노키아 스포츠 트래커나 노키아 베타 랩스에서 제공한 무료 애플리케이션인 Nokia Step Counter 같은 앱을 통해 심비안 기반 노키아 폰에서도 보수계 기능을 사용할 수 있었다. Nokia Step Counter는 걸음 수, 경과 시간, 이동 거리를 추적했으며, 배터리 소모가 적어 종일 켜둘 수 있었다. 소니 에릭슨 W710과 W580 워크맨 폰은 2축 센서를 탑재하고 외부 화면에 걸음 수를 표시했으며, W710은 폴더를 닫아야 걸음 수가 측정되었다. 걸음 수 측정 기능이 활성화되면 낮 동안의 걸음 수를 기록하고 자정에 일일 기록으로 저장한 뒤 초기화되었다.
웨어러블 기기의 등장으로 보수계 기능은 더욱 확장되었다. 애플 워치는 애플 S1 SIP에 통합된 센서를 통해 보수계 기능을 제공하며, 아이폰과 연동하여 정확도를 높인다.[25] 핏비트와 같은 활동 추적기는 걸음 수 외에도 이동 거리, 오른 계단 수, 칼로리 소모량, 수면 패턴 등을 측정하고 기록하며, 웹사이트나 앱을 통해 데이터를 관리할 수 있다. USB로 컴퓨터에 연결하면 데이터가 자동으로 업로드되어 웹 기반 프로필 페이지에 표시된다. 이 페이지에서는 기록 데이터를 추적하고 음식 섭취량도 기록할 수 있다. 활동량에 따라 일일 목표 달성 배지나 누적 기록에 대한 '평생' 배지를 받을 수 있다. iOS 또는 안드로이드 앱을 통해 데이터를 기록하고 확인할 수도 있다. 일부 고급 모델에는 심박수 측정이나 GPS 기능이 포함되기도 한다.
게임기에도 보수계 기능이 접목되었다. 닌텐도는 닌텐도 DS용 게임 ''매일매일! 걷기 훈련''(歩いてわかる 生活リズムDS|아루이테 와카루 세이카츠 리즈무 DS일본어)(2008)과 함께 외부 보수계를 출시했고, 포켓몬스터 하트골드·소울실버(2009)에는 게임과 연동되는 포켓워커라는 보수계를 포함시켰다.[29] 닌텐도 3DS(2011)는 내장 보수계를 통해 걸음 수를 기록하고 게임 내 보상(플레이 코인)을 제공했다.[30] 하지만 단순히 기기를 손에 들고 흔드는 것만으로도 걸음 수가 측정되는 등 조작이 쉬웠다.[31] Wii Fit U(2013)는 핏 미터라는 보수계와 연동되어 고도 변화까지 추적할 수 있었다.
이 외에도 필립스의 액티바 MP3 플레이어(2010)는 MP3 플레이어 겸용 보수계로, 유산소 운동 강도를 측정하고 그에 맞는 음악을 재생 목록에서 선곡하여 사용자의 운동 동기를 유지하도록 도왔다.[32] Tractivity는 신발 착용 센서를 이용한 건강 관리 서비스로, 이동 거리, 소모 칼로리, 활동 시간을 기록하며, 개인 웹 페이지에서 확인할 수 있다. 온라인 웹 애플리케이션은 그래픽과 동기 부여 자료를 통해 건강한 생활 습관을 장려한다. 센서는 활동 데이터를 무선으로 보안 서버에 전송하며, 사용자는 컴퓨터로 이를 확인할 수 있다.[33]
현대의 보수계는 걸음 수를 측정하는 기본 기능 외에도, 체중, 성별, 나이 등을 입력받아 칼로리 소모량을 계산하거나 운동 강도 그래프 표시, 적정 보행 속도 안내, 보폭 입력을 통한 이동 거리 계산 등 다양한 부가 기능을 제공한다.[38] 장착 방식도 허리에 차거나 주머니에 넣는 방식, 손목시계형, 넥타이핀이나 벨트 내장형 등 다양하다.[38] 또한 스마트폰에는 기본 기능으로 탑재되거나[39] 서드 파티 개발사들이 만든 다양한 앱 형태로 제공된다.[40][41]
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