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Evaluating the Performance of Deep Learning Models in Whole-body Dynamic 3D Posture Prediction During Load-reaching Activities

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저자

Seyede Niloofar Hosseini, Ali Mojibi, Mahdi Mohseni, Navid Arjmand, Alireza Taheri

개요

본 연구는 동적 부하 도달 활동 시 딥 뉴럴 네트워크를 활용한 전신 인체 자세 예측을 탐구했다. 양방향 장단기 메모리(BLSTM) 및 트랜스포머 아키텍처를 사용하여 두 개의 시계열 모델을 훈련시켰다. 데이터셋은 20명의 정상 체중 건강한 남성이 다양한 부하 위치에서 204개의 부하 도달 작업을 수행하면서 3D 전신 플러그인 보행 동적 좌표로 구성되었다. 모델 입력은 손-부하 위치의 3D 위치, 들어 올리기(구부리기, 풀 스쿼트, 세미 스쿼트) 및 취급(한 손, 두 손) 기술, 신체 무게 및 키, 그리고 작업 기간의 처음 25%에서 신체 자세의 3D 좌표 데이터로 구성되었다. 이러한 입력은 나머지 75%의 작업 기간 동안 신체 좌표를 예측하는 데 사용되었다. 또한, 새로운 비용 함수를 최적화하여 일정하게 유지되는 신체 분절 길이를 적용함으로써 이전 및 현재의 자세 예측 네트워크의 정확도를 향상시키는 새로운 방법이 제안되었다. 결과에 따르면 새로운 비용 함수는 모델의 예측 오류를 팔 모델의 경우 약 8%, 다리 모델의 경우 약 21% 감소시켰다. 트랜스포머 아키텍처를 사용한 결과, 47.0mm의 평균 제곱근 오차(RMSE)를 나타내며, BLSTM 기반 모델보다 장기적인 성능이 약 58% 더 정확했다.

시사점, 한계점

딥 뉴럴 네트워크를 활용한 동적 부하 도달 활동 중 전신 인체 자세 예측 연구.
BLSTM 및 트랜스포머 아키텍처 기반의 시계열 모델 사용.
새로운 비용 함수를 통한 자세 예측 정확도 향상.
트랜스포머 아키텍처가 BLSTM 모델보다 더 나은 장기 성능을 보임.
수동 자재 취급 활동 중 동작 역학 이해 및 예측에 대한 새로운 접근 방식 제시.
연구 대상이 정상 체중의 건강한 남성 20명으로 제한적임.
제안된 모델의 일반화 능력에 대한 추가 연구 필요.
다양한 인구 통계 및 작업 시나리오에 대한 검증 필요.
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