세계는 매우 빠른 속도로 변하고 있으며 이 변화 속도는 21세기를 살아 갈 어린이들에게 보다 더 효율적으로 빠르게 학습하고 창의적으로 사고 할 수 있는 능력을 요구한다. 이러한 상황 속에서 컴퓨터 교육 분야의 중요성은 점점 더 높아지고 있으나 학교 현장에서는 컴퓨터 교육과 관련한 시수가 줄고 있는 추세이다. 이와 같은 조건에서 학습자 중심으로 가속하는 변화를 다스릴 수 있도록 새로운 정보를 빠르게 흡수하고 이해할 수 있는 능력과 그 정보를 보유할 수 있는 능력을 중요시하는 교수 방법인 가속학습(Acceleated Learning)을 정보통신기술교육에 적용하여 시간적인 한계를 극복하고 제한된 시간 안에 최대한의 효과를 끌어내고자 한다. 이러한 목적을 달성하기 위해 가속학습이론에 기반을 둔 6단계 수업활동과 다중지능이론을 적용한 PLAY(Pre-processing, Learning how to recognize, Activating the problem solving, Yield product) 모형을 구안하였으며, 이를 경기도 남양주시에 소재하고 있는 초등학교 2학년 2개 학급 70명을 대상으로 10차시 분량의 정보통신기술교육 실험 수업을 실시하였다.
최근 스마트폰의 이용 사례가 증가함에 따라, 스마트폰에 내장되어 있는 다양한 센서를 이용하여 인간의 행동을 인식하기 위한 연구가 많은 각광을 받고 있다. 본고에서는 인간의 기본적인 행동 중에 앉기, 걷기, 달리기 등의 행동 특성을 스마트폰에 내장되어 있는 3축 가속도 센서를 통하여 분석하고 인간의 기본적 행동을 자동으로 인식하기 위한 방법에 대하여 비교 분석하는 것을 목적으로 한다. 구체적으로는 스마트폰에 내장되어 있는 3차원 가속도 센서로부터 추출된 데이터를 시간축에서 샘플링하여 인간의 행동을 인식하기 위한 기댓값 최대화 알고리즘, 랜덤 포레스트, 딥러닝 기반의 기계학습 방법을 비교하여 각 기계학습 알고리즘의 장단점을 분석한다.
본 논문에서는 스마트폰 내장 가속도 센서를 이용한 2단계 행위 인식 시스템을 제안한다. 제안하는 행위 인식 시스템에서는 행위 별 시간에 따른 가속도 센서 데이터의 변화 패턴을 충분히 반영하기 위해, 1단계 분류에서는 결정트리 모델 학습과 분류를 수행하고, 2단계 분류에서는 1단계 분류 결과들의 시퀀스를 이용하여 HMM모델 학습과 분류를 수행하였다. 또한, 본 논문에서는 특정 사용자나 스마트폰의 특정 위치, 방향 변화에도 견고한 행위 인식을 위하여, 동일한 행위에 대해 사용자와 스마트폰의 위치, 방향을 변경하면서 다양한 훈련 데이터를 수집하였다. 6720개의 가속도 센서 데이터를 이용하여 총 6가지 실내 행위들을 인식하기 위한 실험들을 수행하였고, 그 결과 높은 인식 성능을 확인 할 수 있었다.
새로운 매체와 접촉 시 발생하는 거부감을 최소화 하고 별도의 학습 없이 사용 가능한 직관적 명령 전달 방식의 매개 인터페이스를 제안한다. 제안하는 매개 인터페이스는 3차원 공간에서 사용가능한 가상 마우스와 TV 리모트 컨트롤러의 기능적 결합을 목표로 하고 실버세대들에게 익숙한 매체인 펜을 형태로 삼아 개념적으로 설계되었다. 구체적인 구현은 가속도계의 신호를 분석하거나 펜촉에 레이저 포인터를 추가하여 레이저 포인터의 좌표 변화를 웹캠으로 추적, 인식하는 방법으로 구분하였고 본 논문에서는 가속도계의 경우를 소개한다. 가속도계 신호분석을 통해 마우스의 기능을 모사하고 동작을 감지하는데 발생하는 문제점과 이를 해결하기 위한 기존 연구를 분석하고 동작 중에 중력방향의 수직축이 바뀌면서 발생하는 가속도계 신호의 오류를 보상하기 위해 제안된 Zero Velocity Compensation 방법을 소개한다. ZVC의 결과에 필수적인 저주파의 시계열 신호 실시간 끝점 추출과 동시에 패턴인식을 위한 특징추출 기능을 수행하는 새로운 알고리즘을 제안하며 기존의 방법과 실험적으로 성능을 비교한다. 또한 입력된 가속도계 신호를 학습된 인식기를 통해 인식하는 기존의 연구에서 더 나아가, 마우스의 좌표변화를 짧은 시간동안 가속도 신호의 실시간 분석을 통해 모사하기 위해 변형시킨 알고리즘을 소개한다.
강화학습(reinforcement learning)은 온라인으로 환경(environment)과 상호작용 하는 과정을 통하여 목표를 이루기 위한 전략을 학습한다. 강화학습의 기본적인 알고리즘인 Q-learning의 학습 속도를 가속하기 위해서, 거대한 상태공간 문제(curse of dimensionality)를 해결할 수 있고 강화학습의 특성에 적합한 함수 근사 방법이 필요하다. 본 논문에서는 이러한 문제점들을 개선하기 위해서, 온라인 퍼지 클러스터링(online fuzzy clustering)을 기반으로 한 Fuzzy Q-Map을 제안한다. Fuzzy Q-Map은 온라인 학습이 가능하고 환경의 불확실성을 표현할 수 있는 강화학습에 적합한 함수근사방법이다. Fuzzy Q-Map을 마운틴 카 문제에 적용하여 보았고, 학습 초기에 학습 속도가 가속됨을 보였다.
본 논문에서는 스마트폰 내장 가속도 센서를 이용한 2단계 행위 인식 시스템을 제안한다. 제안하는 행위 인식 시스템에서는 각 행위 별 가속도 데이터의 시간적 변화 패턴을 충분히 반영하기 위해, 1단계에서는 결정트리(DT) 학습을 수행하고, 2단계에서는 1단계 분류 결과들의 시퀀스를 이용하여 은닉 마코프 모델(HMM) 학습을 수행한다. 또한, 견고한 행위 인식기를 얻기 위해, 동일한 행위에 대해 서로 사용자와 서로 다른 스마트폰 위치와 방향으로부터 수집한 다양한 대용량 데이터를 이용하여 본 시스템을 훈련하였다. 6가지 실내 행위들에 대해 수집한 6720개의 가속도 센서 데이터를 이용한 실험을 통해, 본 시스템은 앞서 설명한 설계 방식을 기초로 높은 인식 성능을 보여주었다.
인터넷의 급속한 발전과 해킹사고의 발생율이 증가함에 따라 방화벽의 사용이 일반화되고 있다. 과도한 트래픽이 방화벽을 지나게 되면 방화벽 자체 성능에 따라 처리되지 않은 패킷을 잃어버리거나 패킷을 재전송 해야 하므로 추가 트래픽이 발생한다. 이에 대한 방안으로 소프트웨어 또는 하드웨어적으로 방화벽의 성능을 높이는 방법이 있지만, 높은 비용 및 호환성 문제가 있다 이의 다른 대안으로 방화벽 가속을 하는 방법이 있는데 기존의 연구 모델에서는 특정 방화벽과 연동하거나 기기 설정을 해야 하는 번거로움이 있었다. 본 논문에서는 어떤 방화벽과도 서로 연동될 수 있고 관리자의 관리 추가 설정 없이도 동작하도록 방화벽의 세션을 스스로 학습하여 방화벽 성능을 높이는 방식의 방화벽 가속기를 제안하고 패킷 처리 성능을 올릴 수 있음을 실험을 통해 증명하였다.
본 논문은 손목 착용형 웨어러블 기기를 착용한 사용자의 걸음걸이에서 흔들리는 팔의 패턴을 통하여 사용자를 인증하는 방법을 제안한다. 기기에 내장된 가속도 센서를 이용하여 샘플링된 3축 가속도 센서 데이터를 수집한다. 수집한 데이터를 신호처리 기법을 통해 변환하여 걸음의 주기를 찾고, 푸리에 변환으로 걸음걸이의 주파수와 크기를 특징으로 추출하여, 2D 혼합 가우시안 모델(GMM)로 학습한 뒤, 신뢰구간 검증 방식으로 테스트한다. 실험결과 95%의 신뢰구간에서 사용자 평균 92%로 사용자를 인증함을 보였다.
인공지능 가속기는 인공 지능 및 기계 학습 응용 프로그램의 연산을 더 빠르게 수행하도록 설계된 하드웨어 가속기이다. 인공지능 가속기 내에서 데이터가 효율적으로 처리되기 위해서는 그 흐름을 제어해야 한다. 데이터의 흐름을 제어하는 방법에 따라 가속기의 면적, 전력, 성능의 차이가 발생하는데, 그 다양한 데이터 흐름 제어방법에 대해 소개한다.
본 논문에서는 노령층 인구가 도보시 일어날 수 있는 낙상상황을 텐서플로워를 이용하여 인지하기 위한 시스템에 대하여 소개한다. 낙상감지는 고령자의 몸에 착용한 가속센서 데이터에 대해서 텐서플로워를 이용하여 학습된 LSTM(long short-term memory)을 기반하여 낙상과 일상생활을 판별한다. 각각 7가지의 행동 패턴들에 대하여 학습을 실행하며, 4가지는 일상생활에서 일어나는 행동 패턴이고, 나머지 3가지는 낙상시의 패턴에 대하여 학습한다. 3축 가속도 센서의 가공하지 않은 데이터와 가공한 SVM(Sum Vector Magnitude)를 이용하여 LSTM에 적용해서 학습하였다. 이 두 가지 경우에 대해서 테스트한 결과 데이터를 혼합하여 학습하면 더 좋은 결과를 기대할 수 있을 것으로 예상된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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