관리번호

2017-가상훈련-일반-지정-01

기술분류

중분류Ⅰ

중분류Ⅱ

과제성격

원천기술형(  ), 혁신제품형(√)

지식서비스

이러닝

융합유형

신제품형(√), 고부가가치형(  ), 해당없음(  )

신성장동력

ICT융합(√), 바이오헬스(  ), 고급소비재(  ), 신소재부품(  ), 주력산업고부가가치화(  ), 에너지신산업(  )

해당여부

특허연계(  ), 표준연계( ), 디자인연계(√), 글로벌R&D(  ), 초고난도(  ), 경쟁형R&D(  )

과제명

안전하고 경제적인 가상현실 환경에서 효과적인 과학 실험역량 배양을 지원하는 가상 과학실험 지원 시스템

1. 필요성

ㅇ 국민의 전반적인 과학적 사고역량 배양을 위해 초·중·고 및 대학의 일반 물리·화학 등 과학교육 교과에서 체험적 교육을 위한 과학실험이 매우 중요하나 일선 교육현장의 여건은 이를 제대로 뒷받침 하지 못하고 있음

- 실험장치 및 시약 등의 구입 및 유지에 소요되는 비용부담, 과학 실험에 따른 위험 증가, 중학생 이후에 급격히 저하되는 과학에 대한 흥미, 고학년이 될수록 줄어드는 과학 실험의 비중 등으로 과학실험 기회 감소

ㅇ 국내 초·중·고 및 대학 교육환경을 대상으로 가상환경에서 안전하고 효과적으로 다양한 과학실험을 체험적으로 학습할 수 있는 가상 과학실험 시스템의 개발 및 보급 필요

- GIST는 VR 기반의 과학실험 실감 책 시범 개발을 통해 VR 적용 가능성 확인

- 논리적 사고, 과학적 추론, 그리고 문제 해결을 위한 창의력 배양을 위하여 VR 기반의 도구 및 교구와 이를 이용한 과학실험 콘텐츠 및 교과 개발을 지원함으로써 개발된 시스템의 사업화와 보급 확산을 유도할 필요가 있음

- 일방적인 전달식 시청각 자료가 아닌 교사와 학생이 스스로 창작 및 설계 가능한 과학 실험 통합환경 제공 필요

2. 연구목표

ㅇ 최종목표 : 안전하고 경제적인 가상현실 환경에서 다양한 과학실험을 효과적으로 학습할 수 있는 체험형 가상 과학실험 지원 시스템 개발 (TRL : [시작] 5단계 ~ [종료] 8단계)

ㅇ VR 기반의 가상 과학실험 지원 시스템 프레임워크 설계

- 과학실험 대상 분야, 콘텐츠 선정

- 과학실험 콘텐츠별 실험 프로세스, 시나리오, 운영환경, UI/UX 설계

- 가상 과학실험 지원 정보·지식관리·콘텐츠 저작도구 설계

ㅇ 가상 과학실험 지원 시스템 개발

- 가상 과학실험 콘텐츠

- 가상 과학실험 콘텐츠 저작 도구 및 교구

- 가상 과학실험을 위한 지식베이스

- 가상 과학실험 콘텐츠 공유 및 실행 플랫폼

ㅇ 가상 과학실험 지원 시스템의 시범 적용 및 검증

- 가상 과학실험 지원 시스템을 활용한 교과 개발

- 가상 과학실험 교육 콘텐츠 및 교과의 시범적용 및 성능 검증

ㅇ 개발목표

핵심 기술/제품 성능지표		단위	달성목표	국내최고수준	세계최고수준 (보유국, 기업/기관명)
1*	가상 과학실험 대상 교과분야	개	≥ 5	N/A	N/A
2*	가상 과학실험 콘텐츠	종	≥ 30	N/A	N/A
3*	가상 과학실험 콘텐츠 저작 도구 및 교구	개	≥ 10	N/A	N/A
4*	가상 과학실험 시스템을 이용한 교과(교재)	개	≥ 6	N/A	N/A
5*	시범 적용 사례	회	≥ 10	N/A	N/A

* 주 : 1) 실험대상 교과 : 물리, 화학, 생물, 지구과학, 기술, 정보, 논리 등

2) 콘텐츠 : 실험대상 분야별 실험 유형(미시관찰형, 거시관찰형, 상호작용형, IT융합형 등)

3) 저작도구 및 교구 : VR 기반의 콘텐츠 저작툴 및 실행 플랫폼과 이를 활용한 학습과정(교육과목)

4) 교과(교재) : 초중고 및 대학 과학교육 학습과정과 연계한 교과(워크북, 교재, 교안 등)

5) 시범적용 사례 : 초중고/대학 교육, 교사 연수, 체험전시회 등 적용 사례

※ 서비스 사업모형(BM)을 제시할 것 : 컨소시움 구성(사업자, 수요자 참여필수), 서비스 시나리오, 목표시장, 영업전략, 수익창출 전략 등

3. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 기간 : 19개월 이내  (1차년도 개발기간 : 9개월)

ㅇ 정부출연금 : ‘17년 4억원 이내(총 정부출연금 8.5억원 이내)

ㅇ 주관기관 : 중소·중견 기업

ㅇ 기술료 징수여부 : 징수

※ 총괄과제인 “경험지식기반 현장체감형 가상훈련시스템개발”의 세부과제로 진행

2017년도 창의산업미래성장동력(가상훈련) 신규과제 RFP

관리번호

2017-가상훈련-일반-지정-02

기술분류

중분류Ⅰ

중분류Ⅱ

과제성격

원천기술형(  ), 혁신제품형(√)

의료기기

융합유형

신제품형( √), 고부가가치형(  ), 해당없음(  )

신성장동력

ICT융합(√), 바이오헬스(√), 고급소비재( ), 신소재부품(  ), 주력산업고부가가치화(  ), 에너지신산업(  )

해당여부

특허연계(  ), 표준연계( ), 디자인연계(√), 글로벌R&D(  ), 초고난도(  ), 경쟁형R&D(  )

과제명

보행장애 치료를 위한 고실감형 VR 보행 재활훈련 시스템 개발

1. 필요성

ㅇ 고령화 사회로의 진입, 뇌졸중, 파킨슨씨병 등의 장애유발 질병 확산, 그리고 각종 재난/재해 증가로 재활훈련이 필요한 보행 장애인의 수가 급증함에 따라 사회적 비용 절감과 더불어 효과적인 보행 재활훈련을 위한 기술 및 시스템 개발 필요

- 기존의 보행재활 치료는, 담당 의사의 판단에 따라 경사침대, 평행봉, 보행보조기구 등을 이용하며, 회복 단계에 따라 치료사의 도움을 받아 시행되고 있으나, 치료사 개인 역량의 차이, 보행 관련 구체적 데이터의 부족 그리고 환자 순응도의 저하 등의 문제로 보급에 한계

ㅇ 이에 대한 대안으로 가상현실(VR) 기술을 이용한 장애인 재활훈련 시스템의 개발 및 보급이 국내외 전문기관을 중심으로 활발히 전개

- 해외 사례 :　네덜란드 Motek사는 모션베이스 및 모션캡쳐 등을 활용한 VR 재활훈련시스템(CAREN, GRAIL 등)으로 세계 뇌졸중 환자 및 의족 장애자 재활훈련 시장 선점

- 국내 사례 : 피앤에스미캐닉스의 워크봇, 현대중공업의 모닝워크, KIST의 보행재활로봇, GIST의 K-Walker

- 문제점

· 외산 CAREN 시스템은 고가(3억~17억)라 국내 병원, 재활센터 등의 도입이 어려움

· 국산 시스템들은 단순 콘텐츠를 기반으로 시각정보 전달 등 정적인 단순 기능으로 구성되어 사용자의 지속적인 훈련동기 유발이 어려워 보급에 한계

ㅇ 국내 현실에 맞게 다양한 훈련 콘텐츠와 인간공학적 요소를 가미하여 재활훈련 효과를 높일 수 있는 가상현실 기반의 고실감 보행 재활훈련 시스템의 개발 지원 필요

- 시각정보 전달에 더하여 인간의 행동, 촉각 등의 동적 상호작용 실현

- 제어, 소음, 안전장치, 구조물의 감성미 등 인간 중심의 시스템 설계

- 능동적 재활훈련 동기유발을 위한 재미와 게임적 요소를 주입한 콘텐츠

2. 연구목표

○ 최종목표 : 보행 재활훈련을 지원하는 2 자유도 이상의 고실감형 VR 보행 재활훈련 시스템 개발   (TRL : [시작] 5단계 ~ [종료] 8단계)

ㅇ 모션베이스기반 VR 보행 재활훈련 시스템 서비스 프레임워크 설계

- 재활훈련 대상 장애 선정, 훈련 프로세스, 시나리오, UI/UX

- 재활훈련 구성 Architecture 설계 : HW, SW, 정보/지식베이스

- 재활훈련 콘텐츠 디자인

- 임상시험 결과 분석 및 평가 모듈

ㅇ 모션베이스기반 VR 보행 재활훈련 시스템 구현기술 개발

- 2방향 모션플랫폼 : 경사효과 구현, 환자(보행자) 보행 트레킹, 안전 하네스

- 컴팩트 디스플레이 : 3D 가상공간 콘텐츠 제작, 실감형 상호작용 가상화

- 시스템 제어 : 환자 중심의 감각 센서 융·복합, 환자 보행 인지/추적 처리

ㅇ 모션베이스기반 VR 보행 재활훈련 시스템 시범 적용 및 검증

- 임상적 유효성 시험 및 신뢰성 측정 기술 개발

- 재활이 필요한 환자를 대상으로 시험 적용 및 검증

- 의료기기 인증 취득

ㅇ 개발목표

핵심 기술/제품 성능지표		단위	달성목표	국내 최고수준	세계최고수준 (보유국, 기업/기관명)
1	VR 재활훈련 콘텐츠	수	≥ 5	N/A	4 (네덜란드, Motek )
2	센서정보 반응 정확도	ms	≤ 5	N/A	< 2ms (미국, Xsens)
3	2방향성 모션 크기(반경)	m	0.6	N/A	3.5m (네덜란드, Motek)
4	모션 센싱 정확도/ latency	mm/ms	5/ 50	N/A	sub-mm/ 10ms (미국, Valve)
5	모션제어 컨트롤러	ms	≤ 5	N/A	< 1 (일본, 야스카와전기)
6	의료기기 인증	건	1	N/A	N/A
7	환자대상 테스트	명	≥ 50	N/A	N/A

※ 서비스 사업모형(BM)을 제시할 것 : 컨소시움 구성(사업자, 수요자(의료기관) 참여필수), 서비스 시나리오, 목표시장, 영업전략, 수익창출 전략 등

3. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 기간 : 19개월 이내  (1차년도 개발기간 : 9개월)

ㅇ 정부출연금 : ‘17년 4억원 이내(총 정부출연금 8.5억원 이내)

ㅇ 주관기관 : 중소·중견 기업

ㅇ 기술료 징수여부 : 징수

※ 총괄과제인 “경험지식기반 현장체감형 가상훈련시스템개발”의 세부과제로 진행