연구의 필요성
우리나라는 현재 고령사회(Aged society)로, 2025년에 노인인구의 비율이 20%가 넘는 초고령 사회(Super-aged society)로 진입할 것으로 전망됨.
-기대수명의 증가에 비해 낮은 건강수명은 노인 개인의 삶의 질을 저하시키고, 국가적 의료비용의 급격한 증 ...

연구의 필요성
우리나라는 현재 고령사회(Aged society)로, 2025년에 노인인구의 비율이 20%가 넘는 초고령 사회(Super-aged society)로 진입할 것으로 전망됨.
-기대수명의 증가에 비해 낮은 건강수명은 노인 개인의 삶의 질을 저하시키고, 국가적 의료비용의 급격한 증가를 초래하고 있음.
-인구구조의 고령화에 따라 노쇠가 커다란 사회적 이슈가 되고 있어, 이를 예방하거나 교정하기 위한 노력이 시급한 실정임.
-노쇠는 ‘신체 기능 및 인지 능력의 급격한 저하로 인해 정상적인 일상생활을 할 수 없는 상태’를 지칭하는데, 꾸준한 운동은 신체기능(physical function)과 인지능력(cognitive ability) 향상을 가져와 노쇠 예방과 교정에 있어서 매우 효과적인 중재 수단으로 알려져 있음.
-환경․기후의 급격한 변화와 대규모 유행성 감염병(e.g. MERS, 코로나-19) 빈발이 면역력이 취약한 고령자의 실외 활동량 감소 추세를 가중시키고 있어, 고령자의 노쇠 예방을 위해서는 가정에서 꾸준하게 운동을 시행할 수 있는 방안이 필요함.
-하지만 노인들이 가정 내 좁은 공간에서 독립적으로도 흥미 있게 규칙적으로 수행할 수 있는 노쇠 예방을 위한 운동 프로그램이 국내에서 매우 부족한 실정임.
-기존의 IT 기반의 가정 내 운동 방식(유튜브 시청, 웨어러블 활동량계 등)도, 사용자에게 실시간 피드백을 제공하지 못하고, 서비스의 UI/UX가 청장년층에 맞춰져 있어, 고령자들이 꾸준히 이용하기에 사용성 좋지 않다는 한계가 있음.
-최근 들어 원격 화상 협업 기술 분야에서, 실세계와 사용자 간의 지능적 상호작용을 바탕으로 실제 세계에 대한 사용자의 지각력을 높여 주고, 사용자가 실세계에서 쉽게 감지하거나 활용하기 어려운 디지털 정보를 제공할 수 있다는 장점으로 인해 증강현실 기술이 주목받고 있음.
-가정 내 좁은 공간에서도 고령자가 직관적으로 운동을 쉽게 따라 할 수 있으면서 즉각적인 피드백을 제공받을 수 있는 안경형 증강현실 기술 기반의 운동시스템은 노인의 노쇠 예방에 유망하리라 기대되고 있음.

연구 목적
-본 연구에서는 증강현실 안경 기반의 원격 운동 플랫폼을 개발하고, 좁은 공간에서 쉽고 안전하게 따라 하기 용이하면서 개인의 체력 상태에 맞게 근골격계와 인지기능 향상에 효과적인 운동프로그램을 고안한 후, 노쇠 노인 실제로 적용하여 그 효과를 알아보고자 함.

연구 방법
1) 노쇠 예방을 위한 가상현실 기술 기반 운동 플랫폼 적용 대상자 선정
- 노쇠노인 약 30명을 2개의 집단으로 각각 15명씩 무작위 할당하고, 실험군은 증강현실 기술 기반 운동군, 통제군은 오프라인 집단 운동군으로 함.
- 실험 중간 중도포기자가 있어 최종적으로 24명(실험군 12명, 통제군 12명)이 함.
.
2) 증강현실 안경 기반의 원격운동 플랫폼 개발
- 화상회의 표준 통신 프로토콜인 플러그인 등을 설치하지 않고 비디오/음성/문자 채팅 기능과 P2P 데이터 전송 기능을 제공하는 WebRTC 기술을 이용해 원격 운동 서비스를 운용하는 서버 시스템을 개발함.
-WEBRTC를 화상대화를 진행 가능하면서 고령 친화적인 AR 안경을 전문가 회의와 실제 고령자 대상의 인터뷰를 바탕으로 선정함.
-WEBRTC를 화상대화를 위해 고령친화적 UI/UX를 반영한 AR 기기용 사용자 프로그램을 개발함.
-안경형 증강현실 기반의 원격운동 플랫폼 개별 요소의 단위테스트와 통합 테스트를 수행한 후, 최종 사용자 수용성 테스트를 시행함.

3) 증강현실 기반의 자이로키네시스 운동프로그램 개발
-IT전문가와 운동전문가가 함께 노쇠노인의 수준을 고려하여 증강현실 안경 기반과 태블릿 기반의 원격 운동프로그램을 구성하였다. 실험군과 통제군의 운동프로그램은 의자에 앉아서, 서서 하는 유형으로 맨손으로 하는 자이로키네시스 운동 동작과 탄력밴드를 ACSM(2018)에서 권장하는 노인을 위한 운동 동작을 수정 보완하고 특히 근력, 유연성, 균형감각 기능에 향상되는 동작을 중점으로 운동프로그램을 구성함.
-운동전문가는 사전에 단계별(20~40분)로 운동프로그램의 영상을 제작하여 정해진 시간에 대상자의 AR안경 및 태블릿에 영상을 원격 송출하고, 실험군과 통제군은 1회 운동 시 운동지도자와 1:3명으로 수행하되 각각의 가정 내에서 혼자 운동을 수행하였으며 운동지도자는 12주간, 주 2회, 20~40분씩 원격 운동프로그램을 진행하는 동안 Borg RPE(운동자각도) 시각적 통증강도 비율척도(VAS)를 이용하여 통증의 수준을 관찰하고 대상자의 가정에 준비된 카메라를 통해 운동대상자의 동작과 느낌 등을 실시간으로 관찰하며 즉각적인 피드백을 제시하며 연구대상자들에게 스마트밴드를 지급하여 운동 전문가가 운동 중에 심박수를 실시간 확인함.

4) 노쇠 예방을 위한 가상현실 기술 기반 운동프로그램 적용 실험 설계
-무작위대조군실험을 적용한 노쇠예방 운동프로그램 적용 실험을 설계함.

5) 노쇠 예방을 위한 가상현실 안경 기술 기반 운동프로그램 적용
- 실험군은 증강현실 안경을 착용하고 원격지의 운동 전문가의 지도 하에 각 가정에서 수행함.
- 통제군은 실험군과 동일한 운동프로그램을 각 가정 내에서 수행함.
- 증강현실 안경기반의 원격 운동프로그램은 일일 20~40분, 주2회, 총 12주간 수행하고, 운동 강도는 Borg의 운동자각도의 9~15RPE로 시행함.
(6) 노쇠 예방 운동프로그램 효과 측정을 위한 사전, 사후 검사 시행
- 신체조성: 체지방량, 제지방체중, 근육량, 근육지수
- 기초체력: 근지구력(상지/하지)과 유연성, 동적 평형성, 심폐지구력
(7) 증강현실 안경기반의 운동플랫폼의 유효성 평가를 위한 통계 분석
(8)결과
- 실험군에서 심폐지구력 지수가 유의하게 증가하였다.
- 실험군 과 통제군 모두 체지방량과 체지방율은 유의하게 감소하였고, 상지근지구력, 하지근지구력에서 유의하게 증가하였다.
9) 기대효과
-노인의 노쇠예방 및 개선을 위한 안전하고 효과적인 증강현실 안경기반의 원격 운동프로그램을 제시하여 노인의 삶의 질 향상을 위한 기초자료와, 노인 운동 대중화를 위한 과학적인 근거 자료를 제공할 수 있다.
-노인이 가능하면 모두가 가능하다는 ‘고령친화’의 개념에 따라, 공공의 건강과 체력의 증진, 생활습관병 예방을 위한 원격현시 로봇기술 기반의 고령친화적 운동시스템의 효용성에 관한 기초 자료로 이용할 수 있다.
-고령친화적 증강현실 안경기반 온라인 운동프로그램을 통해, 안전성과 유효성을 동시에 충족하는 ‘온라인 환경 운동프로그램 가이드라인 개발’을 위한 기초자료로 활용 가능할 것이다.
-유헬스케어 플랫폼 및 서비스 기술 발달에 비해 상대적으로 더딘 웰니스나 피트니스를 위한 재택 플랫폼 기술 및 서비스 모델의 선진화에 이바지하고, 본 과제를 수행하기 위해 다양한 학문 분야의 많은 관련 지식을 공유함으로써 공학과 체육학의 학계 간 공동 연구의 활성화에 기여할 것이다.
-노인 개인의 건강증진과 더불어 직·간접적 경제부담의 경감에 이바지할 뿐 만 아니라, 국가적 의료비용 및 복지비용의 절감효과를 기대할 수 있으며, 국민의 보건 향상 및 건강수명 연장에 기여할 수 있다.
취업난 문제에 직면한 젊은 운동전문가들에게 증강현실 기반의 운동프로그램을 통한 새로운 일자리 창출을 제공할 수 있다.
-코로나-19 바이러스와 같은 대규모 감염병 노출이 급증하는 현실에 대안할 수 있는 증강현실 기반의 플렛폼 비즈니스 모델을 구축할 수 있다.
-본 운동프로그램을 통해 노인뿐만 아니라 일반인, 장애인, 엘리트선수 등의 트레이닝에 확대 적용 가능할 것이며, 원격으로 실시간 피드백을 받으며 대상자의 운동을 모니터링 할 수 있기 때문에, 운동센터나 연구소 등에서 시간적 공간적 제약 없이 대상자를 모집하고, 운동프로그램을 운영하고 평가할 수 있어, 운동학 연구 방법론에 새로운 지평을 모색할 수 있을 것이다.

Need for Research
-Korea is entering an "aged society" and is expected to become a "super-aged society" in 2025, where over 20% of the population will be elderly.

-The healthy life expectancy is relatively lower than life expectancy, negatively affe ...

Need for Research
-Korea is entering an "aged society" and is expected to become a "super-aged society" in 2025, where over 20% of the population will be elderly.

-The healthy life expectancy is relatively lower than life expectancy, negatively affecting the quality of life for individuals and rapidly increasing the medical cost for the government.

-With the aging population, infirmity is becoming an important social phenomenon, and there is an urgent need for efforts to prevent or correct this issue.

-Infirmity is defined as “a state incapable of sustaining normal day-to-day activities due to rapid decline of physical function and cognitive ability.” Regular exercise is known to increase physical function and cognitive ability, being a highly effective mediator for preventing and treating infirmity.

-The rapid environmental and climate changes and the increasingly frequent outbreak of contagious diseases (e.g., MERS, COVID-19) are driving the decline in outdoor activity for the elderly population with comprised immunity. Therefore, there is a need for a method that encourages regular exercise at home to prevent infirmity among the elderly population.

-There is a significant lack of infirmity prevention exercise programs for the elderly population to adhere consistently, independently, and with interest in the narrow space of their home.

-Convention IT-based at-home exercise methods (YouTube, wearable exercise trackers, etc.) cannot provide real-time feedback to the users, and the UI/UX of the services mainly targets younger users and have poor usability for the elderly population.

-AR technology has received much attention recently in the field or remote video collaborative technology because it can increase the user’s cognition of the real world by enabling intelligent interaction between the user and the real world while providing digital information that users may find difficult to perceive or utilize in the real world.

-Seniors can intuitively follow the Tele-excercise easily within the narrow space of their home. The glasses-type AR-based exercise program that allows instant feedback is expected to be helpful in preventing infirmity among the elderly population.

Purpose of Research
This research seeks to develop glasses-type AR-based Tele-excercise platform; design an AR-based exercise program that is safe and easy to follow in narrow spaces and can help prevent infirmity; apply the design where exercise specialists remotely visit elderly with infirmity at their home; and analyze and prove the physiological and psychological effects of the program.

Method of Research
1) Selection of participants for infirmity prevention AR-technology Tele-excercise platform
-Approximately 40 persons over the age of 65 and with infirmity were randomly placed into two groups of 20 persons. The group with the AR technology-based exercise program was the experimental group, and the group with the offline group exercise program was the control group.

- With participants dropping out during the experiment, the total number of participants was 12 in the experimental group and 12 in the control group.

2) Developed glasses-type AR-based Tele-excercise program platform.

- Developed a server system for the operation of remote exercise services, using WebRTC, a technology that enables video/audio/text chat functions and P2P data transmission without the need for standard communication protocol plugins for video conferences.

- Selected senior-friendly AR glasses with WebRTC video conference function based on the opinions drawn from expert discussions and interviews with the elderly population.

- Developed an AR device user program with UI/UX designed for the senior population to facilitate WebRTC video conference.

- Conducted unit test and comprehensive test on individual components of glasses-type AR-based Tele-excercise platform, followed by final usability test.

3) Developing Tele-excercise program based on augmented reality
- IT specialists and exercise specialists collaborated on developing a Tele-excercise program using augmented reality glasses and tablet PCs with consideration paid to the ability level of the infirmed elderly population. The routine for experimental and control groups included gyrokinetic with body weight exercises while sitting down or standing up as well as resistance band exercises adapted for seniors as recommended by ACSM (2018) with a focus on improving endurance, flexibility, and balance.

- Exercise specialist created exercise videos (20-40min. length) for each level and remotely transmitted them to the participants' AR glasses and tablets at designated times. Both experimental and control groups completed the exercises at home individually while connected to the exercise leader and two other participants. Exercise leaders lead remote exercise programs for 20-40 minutes per session twice weekly for 12 weeks. They monitored the pain level using the Borg RPE scale and VAS while observing the participants' movement and state using cameras installed at the participants' homes to provide instant feedback in real-time. The participants were given smart wristbands for exercise specialists to monitor heart rate in real-time during exercises.


4) Design of experiment with infirmity prevention exercise program based on virtual reality technology
- Designed infirmity prevention exercise program using randomized controlled trials.

5) Application of infirmity prevention remote exercise program based on augmented reality glasses
- Experimental group wore augmented-reality glasses and completed the exercise at each individual's home under the guidance of an exercise professional stationed at a remote location.

- Control group completed the same exercise regimen at each participant's home.

- Tele-excercise program based on augmented reality glasses was 20-40minutes per session twice weekly for a total length of 12 weeks. The intensity level was 9-15RPE on Borg's scale.

6) Pre- and post-experiment evaluation to measure the effectiveness of infirmity prevention exercise program
- Body composition: body fat amount, body fat mass, muscle weight, muscle index.

- Fitness: muscle endurance (upper and lower limbs), flexibility, dynamic equilibrium, cardiovascular endurance.

(7) Statistical analysis to evaluate the validity of exercise program based on AR glasses

Result
- Cardiovascular endurance level showed a meaningful increase in the experimental group.
- In both experimental and control groups, the body fat amount and percentage showed a meaningful decline, and upper-limb muscle endurance and lower-limb muscle endurance showed a meaningful increase.

Expected Impact
-A safe and effective Tele-excercise program using augmented-reality glasses for infirmity prevention and improvement for the elderly population is suggested to serve as a basic source for improving quality of life for seniors and scientific evidence for the popularization of senior exercise.

-With the philosophy of "senior-friendly"-what seniors can do, everyone can do-, this research can be used as a research basis on the efficacy of senior-friendly telerobotic exercise programs designed to improve public health and fitness and prevention of lifestyle diseases.

-This research on senior-friendly online exercise programs using AR glasses can be used as a basis for both safe and effective "online exercise program guideline development

- This research contributes to modernizing the technological and service model for at-home platforms for wellness and fitness, which is relatively lagging behind u-healthcare platform and service technology. And sharing multidisciplinary knowledge in the process of the research will encourage collaboration between engineering and physiology.

-For individual seniors, this study can contribute to improving their health while alleviating direct and indirect financial burdens. At the national level, this research can contribute to reducing the medical and welfare cost, improving public health and safety, extending healthy life expectancy, and creating new jobs in AR-based exercise programs for young exercise specialists facing unemployment.

-This study can help develop business models for AR-based platforms in response to the current situation with increasingly frequent mass exposure to contagious diseases such as COVID-19 viruses.

-This exercise program can be expanded beyond the senior population and applied to physical training for persons of all ages, persons with disabilities, and professional athletes. This program enables real-time feedback and monitoring of participants' activities, allowing gyms or research institutes to recruit participants without being limited by time or space, operate programs, and evaluate, ultimately opening a new window for the methods of studies in physiology.

본 연구는 증강현실 안경 기반의 원격운동프로그램이 노쇠 여성노인의 신체조성 및 체력에
어떠한 영향을 미치는지를 규명하기 위해 수행되었다. 연구 대상자는 65세 이상 노인 중 노쇠 및 전 노쇠 기준에 판정된 24명 여성으로 증강현실 안경 기반의 원격 운동 실험군 ...

본 연구는 증강현실 안경 기반의 원격운동프로그램이 노쇠 여성노인의 신체조성 및 체력에
어떠한 영향을 미치는지를 규명하기 위해 수행되었다. 연구 대상자는 65세 이상 노인 중 노쇠 및 전 노쇠 기준에 판정된 24명 여성으로 증강현실 안경 기반의 원격 운동 실험군(12명)과 태블릿 기반의 원격 운동 대조군(12명)으로 구분하였다. 두 그룹 모두 12주간 주 2회 20분 – 40분간 제작된 원격 운동프로그램을 실시하였다. 운동 효과를 검증하기 위하여 신체조성 및 체력검사를 사전, 사후로 측정 후 분석한 결과는 다음과 같다. 원격 운동프로그램 후 증강현실 안경 기반 운동군에서 심폐지구력 지수가 유의하게 증가하였다. 또한 두그룹 모두 체지방량과 체지방율은 유의하게 감소하였고, 상지근지구력, 하지근지구력에서 유의하게 증가하였다. 결론적으로 증강현실 안경기반의 원격 운동은 노쇠 여성 노인의 체력요소인 심폐지구력, 상지근지구력 및 하지근지구력 증가와 지방량 감소에 효과적으로 나타내었다. 그러므로 증강현실 안경형 기반 운동은 노쇠노인의 고령친화적 온라인 운동프로그램으로 안전성과 유효성을 동시에 충족하는 ‘온라인 환경 운동프로그램 가이드라인 개발’을 위한 기초자료로 활용 가능할 것이다.

학문적 ‧ 사회적 기여도
노인의 노쇠예방 및 개선을 위한 안전하고 효과적인 증강현실 안경 기반의 원격운동프로그램을 제시하여 노인의 삶의 질 향상을 위한 기초자료와, 노인 운동 대중화를 위한 과학적인 근거 자료를 제공할 수 있다.
노인이 가능하면 모두가 가 ...

학문적 ‧ 사회적 기여도
노인의 노쇠예방 및 개선을 위한 안전하고 효과적인 증강현실 안경 기반의 원격운동프로그램을 제시하여 노인의 삶의 질 향상을 위한 기초자료와, 노인 운동 대중화를 위한 과학적인 근거 자료를 제공할 수 있다.
노인이 가능하면 모두가 가능하다는 ‘고령친화’의 개념에 따라, 공공의 건강과 체력의 증진, 생활습관병 예방을 위한 원격현시 로봇기술 기반의 고령친화적 운동시스템의 효용성에 관한 기초 자료로 이용할 수 있다.
고령친화적 온라인 운동프로그램을 통해, 안전성과 유효성을 동시에 충족하는 ‘온라인 환경 운동프로그램 가이드라인 개발 및 운동재활 측면의 디지털 치료제’를 위한 기초 자료로 활용 가능할 것이다.
유헬스케어 플랫폼 및 서비스 기술 발달에 비해 상대적으로 더딘 웰니스나 피트니스를 위한 재택 플랫폼 기술 및 서비스 모델의 선진화에 기여할 수 있다. 그 밖에 본 과제를 수행하기 위해 다양한 학문 분야의 많은 관련 지식을 공유함으로써 공학과 체육학의 학계 간 공동 연구의 활성화에 기여할 것이다.
노인 개인의 건강증진과 더불어 직·간접적 경제부담의 경감에 이바지할 뿐 만 아니라, 국가적 의료비용 및 복지비용의 절감효과를 기대할 수 있으며, 국민의 보건 향상 및 건강수명 연장에 기여할 수 있다.

인력양성 및 사업
취업난 문제에 직면한 젊은 운동전문가들에게 증강현실 기반의 운동프로그램을 통한 새로운 일자리 창출을 제공할 수 있다.
코로나-19 바이러스와 같은 대규모 감염병 노출이 급증하는 현실에 대안할 수 있는 증강현실 기반의 플렛폼 비즈니스 모델을 구축할 수 있다.
본 운동프로그램을 통해 노인뿐만 아니라 일반인, 장애인, 엘리트선수 등의 트레이닝에 확대 적용 가능할 것이며, 원격으로 실시간 피드백을 받으며 대상자의 운동을 모니터링 할 수 있기 때문에, 운동센터나 연구소 등에서 시간적 공간적 제약 없이 대상자를 모집하고, 운동프로그램을 운영하고 평가할 수 있어, 운동학 연구 방법론에 새로운 지평을 모색할 수 있다.