첨단 스티커로 실제 사람의 감정을 식별할 수 있다

감정이 다른데도 감정을 억누르는 것은 인간의 본성이지만, 감정을 억누르는 것은 불안이나 공황 발작과 같은 심각한 심리적 문제를 초래할 수 있습니다. 의료 서비스 제공자들이 이러한 차이를 구분할 수 있도록 돕기 위해, 펜실베이니아 주립대 과학자들이 이끄는 연구팀은 사용자가 용기 있는 표정을 지을 때에도 피부 온도와 심박수 등을 측정하여 실제 감정을 감지할 수 있는 신축성 있고 충전 가능한 스티커를 개발했습니다.

연구진은 최근 Nano Letters 저널에 발표한 연구에서 여러 감정 신호를 동시에 정확하게 추적할 수 있는 착용형 패치를 공개했습니다.

"이것은 여러 신체 신호를 동시에 살펴봄으로써 우리의 감정을 이해하는 새롭고 향상된 방법입니다."라고 펜실베이니아 주립대학교 공학과학 및 기계학과 제임스 L. 헨더슨 주니어 기념 부교수이자 이 논문의 주저자인 후안위 "래리" 청은 말했습니다. "감정을 이해하기 위해 얼굴 표정에만 의존하는 것은 오해의 소지가 있습니다. 사람들은 종종 자신의 진정한 감정을 겉으로 드러내지 않기 때문에, 우리는 얼굴 표정 분석을 다른 중요한 생리적 신호와 결합하고 있으며, 궁극적으로 더 나은 정신 건강 모니터링 및 지원으로 이어질 것입니다."

스티커 모양의 패치는 피부 온도, 습도, 심박수, 혈중 산소 농도 등 감정 상태와 관련된 다양한 생리적 반응을 추적합니다. 쳉 씨는 가장 중요한 점은 이 기기의 센서가 독립적으로 작동하도록 설계되어 서로 다른 측정값 간의 간섭을 최소화한다는 것이라고 설명했습니다.

이 장치는 생리 신호 분석과 얼굴 표정 데이터를 결합하여 실제 감정과 행동하는 감정을 더욱 정확하게 구분합니다. 그런 다음 실시간으로 측정된 데이터를 모바일 기기와 클라우드로 무선 전송하여 임상의가 환자를 가상으로 더욱 정확하게 평가하는 데 활용할 수 있습니다. 쳉은 이 장치가 개인 정보를 기록하지 않고 오직 신호만 기록하기 때문에 설계 과정에서 개인의 프라이버시가 보호된다고 설명했습니다.

"이 기술은 정신 건강 문제로 어려움을 겪고 있지만, 다른 사람이나 자신에게 얼마나 힘든지 솔직하게 말하지 못하는 사람들에게 도움이 될 수 있는 잠재력이 있습니다."라고 논문의 공동 저자이자 펜실베이니아 주립대학교에서 공학과학과 역학을 공부하는 박사 과정생인 양보 위안이 말했습니다.

청은 수집된 데이터가 문화적 또는 사회적 격차를 해소하는 데에도 도움이 될 수 있다고 설명했습니다. 이러한 격차는 의료 서비스 제공자에게 환자가 더 침착하거나 표현력이 풍부한 모습으로 나타날 수 있습니다. "이러한 신호를 추적함으로써 불안이나 우울증과 같은 문제를 조기에 발견할 수 있을 것입니다."

연구진은 백금이나 금과 같은 유연한 금속을 얇게 접어 접고, 잡아당기거나 비틀어도 감도가 유지되는 물결 모양으로 잘라 밴드에이드 크기의 신축성 있는 장치를 개발했습니다. 또한 온도에 따라 전류 흐름을 변화시키는 여러 겹의 재료를 사용했고, 탄소 원자로 이루어진 속이 빈 튜브를 내장하여 물을 흡수하고 습도를 측정했습니다.

여러 센서는 서로의 측정에 영향을 미치지 않도록 설계 및 장치에 배치되었습니다. 예를 들어, 연구진은 얼굴 표정 센서가 늘어날 때 발생하는 변형으로부터 온도 및 습도 센서를 보호하기 위해 센서 아래에 견고한 층을 두었습니다. 또한, 온도 및 변형 센서를 습기로부터 보호하기 위해 방수층을 사용했습니다.

"저희는 이 장치를 설계하여 서로 간섭하지 않고 서로 다른 신호를 독립적으로 측정하도록 했습니다. 이를 통해 표면 아래에서 무슨 일이 일어나고 있는지 훨씬 더 명확하고 정확하게 파악할 수 있게 되었습니다."라고 논문의 공동 책임 저자이자 샤먼 대학교의 준교수인 리보 가오가 말했습니다.

다음으로 연구팀은 인간의 감정 표현과 실제 감정을 읽고 이해하도록 인공지능(AI) 모델을 훈련시켰습니다. 연구진은 파일럿 연구의 일반적인 표본 크기인 8명을 모집하여 행복, 놀람, 두려움, 슬픔, 분노, 혐오라는 여섯 가지 일반적인 표정을 표현하도록 했습니다.

참가자들은 각 감정 표현을 100번씩 반복했고, 기기는 참가자들의 움직임을 추적했습니다. 연구진은 이 데이터를 AI 모델에 입력하여 특정 얼굴 움직임과 다양한 감정을 연관시키도록 훈련시켰습니다. 그런 다음 모델의 능력을 더욱 평가하기 위해 참가자 3명을 추가로 모집했습니다. 모델은 96.28%의 정확도로 수행된 얼굴 표정을 분류했습니다.

실제 감정을 추적하는 측면에서, 연구진은 감정 유발을 위해 제작된 비디오 클립을 시청하는 참가자들의 심리적 반응을 기기가 얼마나 잘 추적하는지 시험했습니다. 기기는 88.83%의 정확도로 감정을 정확하게 식별했으며, 센서는 이러한 심리적 반응이 감정과 심리적 반응 사이의 알려진 연관성(놀라움과 분노 시 피부 온도와 심박수 증가 등)과 일치함을 확인했습니다.

정 박사는 무선으로 데이터를 전송할 수 있는 능력은 의료 전문가들이 원격으로 개인을 모니터링하고 원격진료를 통해 시기적절한 정서적 지원을 제공할 수 있다는 것을 의미한다고 언급했습니다.

"이 센서는 의료 서비스 접근성 격차를 해소하는 데 중요한 역할을 할 수 있습니다."라고 그는 말했습니다. "현대 사회의 스트레스 수준이 높아지는 상황에서, 감정을 모니터링하는 능력은 심각한 질환의 조기 징후를 제공하고 적극적인 지원을 제공할 수 있습니다."

그는 이 장치가 감정 인식을 넘어 인공지능(AI) 기반 질병 진단 및 치료를 위한 다른 시스템의 가능성을 열어준다고 설명했습니다. 그는 임상의들이 비언어적 환자의 정신적, 정서적 상태를 더 잘 이해하고, 치매의 행동 및 심리적 증상을 더 잘 식별하며, 오피오이드 과다 복용을 인식하는 데 잠재적으로 활용될 수 있다고 언급했습니다.

그는 이 기술이 언젠가 만성 상처 모니터링 및 질병 관리는 물론, 신경퇴행성 질환 진행 및 운동 능력 추적에도 활용될 수 있을 것이라고 덧붙였습니다.

청 박사는 "이 기기는 아직 연구 개발 단계이기는 하지만 인간의 감정을 모니터링하고 이해하는 능력에 있어서 중요한 진전이며, 정신 건강 관리에 대한 보다 사전 예방적이고 개인화된 접근 방식을 위한 길을 열어줄 가능성이 있습니다."라고 말했습니다.

다른 기여자로는 시안 교통대학교의 훙청 쉬(Hongcheng Xu)가 있습니다. 미국 국립보건원(NIH)과 미국 국립과학재단(NSF)은 펜실베이니아 주립대 연구진의 이 연구에 대한 기여를 지원했습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/04/250421162810.htm