휴대형 생화학 분석기 (Lab-on-a-Disk)
하드웨어 · 펌웨어 · 앱 · 기구 설계2019.07 ~ 2019.08
원심분리와 레이저 분석과 서보 제어를 한 통에 넣은 휴대형 분석기를 만들고, BLE 로 앱에서 제어하게 했습니다.
과제 배경
생화학 분석 장비는 대부분 크고 비싼 고정형이라 실험실에서만 돌아갑니다. 시료를 실험실로 옮기는 동안 시간이 가고, 장비가 복잡해서 전문가가 아니면 다루지 못합니다.
주요 설계 결정
제어 구조
모터와 레이저와 센서 제어를 RTOS 위에 올렸습니다
고속 회전 중에 레이저 조사 타이밍을 맞춰야 합니다. 순서대로 도는 루프로는 그 타이밍이 흔들립니다.
조작 방법
기기에 조작부를 최소로 두고 BLE 로 앱에서 다루게 했습니다
현장에서 쓰는 물건이라 다루는 사람이 전문가가 아닙니다. 앱 화면이 기기 패널보다 설명을 많이 담습니다.
유지보수
OTA 로 펌웨어를 갱신할 수 있게 했습니다
분석 프로토콜은 시료가 늘면 같이 바뀝니다. 기기를 수거해야 바꿀 수 있으면 프로토콜이 굳어 버립니다.
제공 기능
| 기능 | 내용 |
|---|---|
| 고속 원심분리 | 디스크를 고속으로 돌려 시료 성분을 마이크로 채널을 따라 옮깁니다. |
| 레이저 광학 분석 | 레이저를 쏘고 반사와 투과를 센서로 받아 성분과 반응을 봅니다. |
| 서보 정밀 제어 | 디스크 정렬과 시료 주입 위치와 분석 단계 이동을 서보로 맞춥니다. |
| BLE 앱 제어 | 앱에서 기기를 제어하고 상태와 결과를 받습니다. 펌웨어도 여기서 갱신합니다. |
수행 결과
- 고정형 장비로만 되던 분석을 현장으로 들고 나갈 수 있게 만들었습니다.
- 분석 시작과 중단과 결과 확인을 앱 화면에서 합니다.
- 초기 필드 테스트에서 혈액과 체액과 환경 시료를 다뤘습니다.
화면 구성
화면의 구조와 기능을 보여주는 시안이며, 색과 서체를 포함한 디자인은 다음 단계에서 정합니다.
분석
- 디스크 삽입 확인
- 시료 종류 선택
- 프로토콜 선택
분석 시작
분석결과기기
분석
시료를 넣고 분석을 시작합니다
진행 중
원심분리 2/4
남은 시간 약 3분
중단
진행 중
지금 어느 단계인지 봅니다
시스템 구성도
점선은 외부 서비스를 사용하는 항목입니다.
설계 원칙
| 원칙 | 적용 방법 |
|---|---|
| 고속 회전 중에도 조사 타이밍이 흔들리지 않는다 | RTOS 로 제어를 나눠 돌립니다 |
| 프로토콜이 기기에 굳지 않는다 | OTA 로 펌웨어를 갱신합니다 |
| 전문가가 아니어도 다룰 수 있다 | 조작을 앱으로 옮기고 단계를 화면에 적었습니다 |
적용 기술
RTOSBLEBLDC서보모터KotlinAndroidCADOTA
