[논문 리뷰] Recognizing Individuals and Their Emotions Using Plants as Bio-Sensors through Electro-static Discharge

Buenyamin Oezkaya, Peter A. Gloor|arXiv (Cornell University)|2020. 05. 10.

Plant and Biological Electrophysiology Studies인용 수 7

한 줄 요약

이 연구는 인간의 움직임에 의한 정전기 방전(ESD)을 통해 식물을 생체 센서로 사용하여 개인을 식별하고 그 정서 상태를 인식하는 새로운 생체 인식 시스템을 제안한다. 인간 신체와 식물(예: 민모파두카) 사이의 ESD를 스피커박스 장치로 측정함으로써, 개인 식별 정확도는 66%이며, 걸음걸이 패턴을 기반으로 한 정서 상태(긍정 또는 부정) 분류 정확도는 85%를 기록한다.

ABSTRACT

By measuring the electrostatic discharge of human bodies together with Mimosa Pudica and other plants in response to the human movement, we have been able to recognize (a) individuals based on their distinctive pattern of body movements with 66% accuracy as well as (b) positive or negative mood based on their gait characteristics with 85% accuracy. We use the Plant SpikerBox, a device that measures the electrical action potential while also measuring the electrostatic discharge between the electrode on the leaves of a plant and the capacitively coupled human body.

연구 동기 및 목표

• 식물을 생체 센서로 사용하여 인간 생체 인식의 가능성을 탐색하기.
• 인간의 움직임에서 발생하는 정전기 방전 패턴이 개인의 행동 서명을 반영할 수 있는지 조사하기.
• 정서 상태와 관련된 걸음걸이 특성들이 식물 기반의 ESD 측정을 통해 감지될 수 있는지 규명하기.
• 식물과 ESD를 활용한 저비용, 접근 용이한 장치(예: 식물 스피커박스)가 정서 및 신원 식별에 얼마나 유용한지 평가하기.

제안 방법

• 정전기 방전(ESD)은 인간 주체와 식물(예: 민모파두카)의 잎 사이에서 용량 결합 전극 시스템을 사용해 측정된다.
• 스피커박스 장치가 인간의 움직임 중에 전기 작동 전위와 ESD 신호를 실시간으로 기록한다.
• 시험자가 정의된 경로를 따라 걷는 동안 ESD 신호가 캡처되며, 여러 번의 시험에서 데이터가 수집된다.
• 신호 처리 기법을 적용하여 ESD 파형에서 걸음걸이 관련 특징을 추출하여 분류한다.
• 기계 학습 모델이 고유한 ESD 패턴을 기반으로 개인을 분류하고, 걸음걸이 역학을 기반으로 정서 상태를 분류하도록 훈련된다.
• 식물의 인간에 의한 전기적 변화에 대한 반응을 인간의 생리적 및 행동적 신호의 대체 측정 수단으로 활용한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 인간의 움직임에서 발생하는 고유한 정전기 방전 패턴을 통해 개인의 신원을 식별할 수 있는가?
• RQ2 식물에서 걸음걸이 유도 ESD 신호를 기반으로 정서 상태(긍정 대비 부정)를 분류할 수 있는가?
• RQ3 식물의 전기적 반응이 인간의 움직임 특성과 어느 정도 상관이 있는가?
• RQ4 식물과 ESD를 활용한 저비용 생체 센서 시스템이 생체 인식 및 정서 인식에 얼마나 정확한가?

주요 결과

• 운동 중 고유한 정전기 방전 패턴을 기반으로 개인을 식별하는 데 66%의 정확도를 달성했다.
• 걸음걸이 특성을 기반으로 한 정서 상태 분류는 긍정과 부정 정서를 구분하여 85%의 정확도를 기록했다.
• 이 연구는 식물이 인간의 생리적 및 행동적 신호를 위한 수동적, 저비용 생체 센서로 기능할 수 있음을 보여주었다.
• 인간의 움직임에서 발생하는 정전기 방전 신호는 민모파두카와 같은 식물에서 측정 가능하고 분류 가능한 전기적 반응을 유도한다.
• 스피커박스 장치는 식물-식물 및 식물-인간 상호작용에서 ESD와 작동 전위를 신뢰성 있게 실시간으로 측정할 수 있다.
• 결과적으로, 식물을 통한 ESD 기반 감지 기술은 생체 인식 및 정서 컴퓨팅 분야에서 새로운 접근법을 제공할 수 있음을 시사한다.