Pixel Watch: Robust Heart Rate Sensing from Multipath PPG and On-Device Deep Learning Trained on 10,000 hours of Free-Living and Fitness Data
Pixel Watch 2는 10개 채널 멀티패스 PPG 센서와 10,000시간의 다양한 데이터를 통해 학습된 온디바이스 딥러닝 모델을 활용하여 움직임이 많은 활동 중에도 심박수 정확도를 크게 향상시켰으며, 그 결과 이전 기기들에 비해 오차 범위를 실질적으로 줄였습니다.
원본 논문은 CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/) 라이선스로 제공됩니다. 이것은 아래 논문에 대한 AI 생성 설명입니다. 저자가 작성한 것이 아닙니다. 기술적 정확성을 위해서는 원본 논문을 참조하세요. 전체 면책 조항 읽기
당신의 스마트워치가 손목을 통해 당신의 심장 박동 소리를 들으려는 작고 첨단 기술을 갖춘 탐정이라고 상상해 보세요. 보통 이것은 매우 시끄러운 작업입니다. 당신이 가만히 앉아 있을 때, 탐정은 선명한 "쿵-쾅" 소리를 듣습니다. 하지만 당신이 달리기 시작하거나, 무게를 들거나, 심지어 팔을 흔들기만 해도, 움직임이 많은 정전기와 간섭을 만들어내어 시계가 당신의 심장 박동과 움직임의 소음을 구분하기 어렵게 만듭니다.
이 논문은 구글이 두 가지 주요 기술인 더 많은 귀와 초스마트 두뇌를 사용하여 이 문제를 해결한 새로운 스마트워치, **픽셀 워치 2(Pixel Watch 2)**를 어떻게 만들었는지 설명합니다.
1. "더 많은 귀" 기술 (멀티패스 PPG)
기존의 워치들은 보통 하나의 "귀"(단일 광센서)로 당신의 심장 소리를 들으려 했습니다. 만약 이 귀가 땀에 의해 막히거나 약간 움직이면 신호가 엉망이 되었습니다.
픽셀 워치 2는 다릅니다. 이 제품은 시계 뒷면에 다양한 패턴으로 배치된 10개의 서로 다른 "귀"(광센서와 LED)를 가지고 있습니다. 이것은 솔로 가수가 아닌 합창단과 같습니다. 만약 한 목소리가 팔의 움직임이라는 소음에 묻히더라도, 나머지 아홉 개의 목소리는 여전히 선명하게 노래하고 있습니다. 이 모든 다양한 각도에서 동시에 들음으로써, 시계는 당신의 피부 아래에서 일어나는 일을 훨씬 더 풍부하고 완전한 그림으로 파악할 수 있습니다.
2. "초스마트 두뇌" (딥 러닝)
10개의 귀를 갖는 것은 훌륭하지만, 이는 엄청난 양의 데이터를 생성합니다. 기존의 워치에서 사용되는 방식(단순 계산기)으로는 이 모든 소음을 분류하려다 보면 과부하가 걸릴 것입니다.
그래서 구글은 시계에 딥 러닝 두뇌를 부여했습니다. 이것은 숙련된 음악 프로듀서처럼 행동하는 인공지능의 한 종류입니다.
- 훈련: 이 워치가 시장에 출시되기 전, 이 "프로듀서"는 962명의 서로 다른 사람들로부터 얻은 기록을 10,000시간 동안 들었습니다. 이 사람들은 잠을 자는 것부터 전력 질주, 달리기, 노 젓기까지 모든 것을 하고 있었습니다. AI는 운동 중 발생하는 혼란 속에서도 심장 박동 특유의 "소리"를 인식하는 법을 배웠습니다.
- 결과: 고정된 규칙을 사용하여 소음을 걸러내는 대신, AI는 심장 박동과 움직임을 직관적으로 분리하는 법을 배웠습니다. 이것은 로봇이 매뉴얼을 따르려고 노력하는 것과 재즈 뮤지션이 리듬을 찾기 위해 즉흥 연주를 하는 것의 차이와 같습니다.
3. 대규모 테스트
이 새로운 시스템이 작동한다는 것을 증명하기 위해, 연구진은 단순히 조용한 실험실에서 테스트하지 않았습니다. 그들은 두 가지 주요 시험을 거쳤습니다.
- 체육관 테스트: 그들은 229명의 사람들에게 러닝머신 달리기, 로잉 머신 사용, 고강도 인터벌 트레이닝(HIIT)과 같은 강도 높은 유도 운동을 하는 동안 워치를 착용하게 했습니다. 그들은 시계의 수치를 매우 정확한 표준인 가슴 스트랩과 비교했습니다.
- 실생활 테스트: 그들은 27명의 노인에게 이 워치를 주고, 요리하고, 걷고, 일하고, 휴식하는 등 평범한 일상을 보내는 이틀 동안 착용하게 했습니다.
판결
결과는 이전의 구글 워치 및 다른 경쟁 제품들보다 큰 개선을 보여주었습니다.
- 기존의 워치들은 종종 "오차 범위"가 상당히 넓었습니다. 예를 들어, 심박수가 100일 때, 기존의 워치는 격렬한 달리기 중에 75에서 125 사이의 값을 예측할 수도 있었습니다. 그것은 아주 큰 추측입니다!
- 픽셀 워치 2는 그 추측의 폭을 크게 좁혔습니다. 운동 중에는 보통 실제 심박수와 약 9비트 차이 내에 있었습니다. 일상생활 중에는 훨씬 더 좋아서, 보통 7비트 차이 내에 있었습니다.
이것이 중요한 이유 (논문에 따르면)
저자들은 이 마법이 단지 하드웨어(10개의 센서)나 소프트웨어(AI)만의 힘이 아니라는 점을 강조합니다. 그것은 방대한 양의 실제 데이터를 바탕으로 훈련된 두 가지의 결합이었습니다.
그들은 만약 새로운 10개 센서 하드웨어에 기존의 "계산기" 방식을 사용한다면 잘 작동하지 않는다는 것을 발견했습니다. 하지만 새로운 "AI 두뇌"를 기존의 단일 센서 하드웨어와 함께 사용한다면, 괜찮기는 하지만 아주 뛰어나지는 않습니다. 최고의 결과를 얻으려면 새로운 센서와 딥 러닝 두뇌 둘 다가 필요합니다.
요약하자면, 픽셀 워치 2는 수천 명의 사람들과 수천 가지의 다양한 활동을 연습함으로써 당신의 심장 소리를 듣는 법을 배운 스마트워치이며, 이를 통해 움직임의 소음을 무시하고 박동에 집중할 수 있게 되었습니다.
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