이번 프로젝트는 인천학생과학관에 설치된 '심장 : 심박수 테스트(Heart : Heart Rate Test)' 체험 전시물 제작 프로젝트입니다.

학생들이 직접 손을 넣어 자신의 심박수를 측정하고 심장의 원리를 체험할 수 있는 전시 콘텐츠로, 이번 프로젝트에서는 심박센서를 안정적으로 고정하기 위한 전용 케이스를 3D 모델링부터 제작까지 직접 진행했습니다.

기존 제품 그대로 사용할 수 없었던 이유

시중에서 판매되는 심박센서는 의료기기나 측정 장비를 기준으로 제작되어 있기 때문에 전시 환경에서 그대로 사용하기에는 여러 가지 한계가 있었습니다.

특히 과학관은 하루에도 수십~수백 명이 반복적으로 사용하는 공간이기 때문에

• 센서가 흔들리지 않아야 하고

• 손을 자연스럽게 넣을 수 있어야 하며

• 내부 배선이 외부로 노출되지 않아야 하고

• 유지보수가 쉬운 구조여야 했습니다.

기성 제품만으로는 이러한 요구사항을 만족하기 어려워 전용 케이스를 새롭게 설계하기로 했습니다.

3D 모델링으로 전용 케이스 설계

먼저 실제 심박센서의 외형을 모두 측정한 후 CAD 프로그램을 이용해 3D 모델링을 진행했습니다.

모델링 과정에서는 단순히 센서를 감싸는 것이 아니라 실제 사용 환경을 고려하여 설계를 진행했습니다.

주요 설계 요소는 다음과 같습니다.

• 심박센서가 움직이지 않도록 정확한 고정 구조 적용

• 손이 자연스럽게 들어갈 수 있는 입구 형상 설계

• 케이블이 보이지 않도록 내부 배선 공간 확보

• 조립과 분해가 쉽도록 체결 구조 적용

• 유지보수를 고려한 커버 구조 설계

실제 출력 전 모델링 단계에서 여러 차례 치수를 수정하며 최적의 형상을 완성했습니다.

광학 포토센서를 이용한 사용자 인식

이번 프로젝트에서 또 하나 중요했던 부분은 사용자의 손이 들어오고 나가는 순간을 정확하게 인식하는 기능이었습니다.

심박센서는 사용자가 측정 중 손을 빼더라도 내부 알고리즘 특성상 일정 시간 동안 측정이 계속되는 경우가 있습니다.

이를 그대로 사용할 경우

• 측정이 늦게 종료되거나

• 다음 사용자가 측정을 시작할 때 오류가 발생할 수 있어

별도의 감지 시스템을 추가했습니다.

이번 전시물에는 OMRON E3Z-R61 광학 포토센서를 적용했습니다.

이 센서는 사용자의 손이 측정부 안으로 들어오는 순간과 빠져나가는 순간을 실시간으로 감지하여 시스템에 신호를 전달합니다.

덕분에

• 손이 들어오면 즉시 측정 시작

• 손을 빼면 즉시 측정 종료

• 불필요한 딜레이 제거

• 보다 안정적인 사용자 경험 제공

이 가능하도록 구현했습니다.

3D 프린팅으로 제작

완성된 모델은 3D 프린터를 이용하여 출력했습니다.

출력 후에는 실제 심박센서를 장착하면서 간섭 여부를 확인했고, 필요에 따라 모델링을 수정하는 과정을 반복했습니다.

이러한 과정을 통해

• 센서 고정력

• 조립성

• 사용 편의성

• 내구성

모두 만족하는 최종 케이스를 완성할 수 있었습니다.

기술은 사용자가 느끼지 못할 때 가장 자연스럽습니다

전시물을 이용하는 학생들은 단순히 손을 넣고 심박수를 측정한다고 생각할 수 있습니다.

하지만 그 안에는

• 사용자의 동선을 고려한 3D 설계

• 반복 사용을 고려한 구조 설계

• 광학 포토센서를 이용한 사용자 감지

• 안정적인 심박 측정을 위한 제어 로직

등 다양한 기술이 적용되어 있습니다.

앞으로도 지아이웍스는 3D 모델링부터 설계, 제작, 제어까지 직접 수행하며 더욱 완성도 높은 체험형 전시물을 만들어가겠습니다.