nRF5340 기반 AI 스마트 칫솔

클라이언트

실시간 칫솔질 품질 분석과 개인 맞춤형 코칭으로 전동 칫솔을 차별화하려는 구강 관리 회사.

과제

칫솔 손잡이 내부의 6축 IMU에서 3D 칫솔질 동작을 재구성하고, 칫솔질 중인 치아 표면(협측, 설측, 교합면)을 분류하는 작업을 배터리로 구동되는 MCU에서 수행해야 했습니다.

제품 컨셉 및 아키텍처

Nordic nRF5340 듀얼 코어 Cortex-M33 SoC가 센서 처리와 BLE 통신을 모두 처리합니다. Bosch BMI270 6축 IMU가 400Hz로 동작을 캡처합니다. 손잡이에는 40kHz 소닉 모터와 3000mAh 배터리가 내장되어 3주간 칫솔질이 가능합니다.

엔지니어링 솔루션

nRF5340의 애플리케이션 코어에서 센서 퓨전 파이프라인을 구현했습니다: IMU 데이터 → Madgwick 필터로 방향 추정 → 3D 궤적 재구성 → 표면 분류기. 분류기는 500개의 주석이 달린 칫솔질 세션으로 학습된 소형 LSTM이며, 200KB로 양자화되었습니다. 칫솔질 범위는 16개 구역 구강 모델에 매핑되며, 각 세션 후 BLE를 통해 동반 앱과 동기화됩니다.

결과

칫솔질 표면 분류 정확도 95%. 사용자는 2주 사용 내에 칫솔질 범위를 40% 개선했습니다. 치과 의사가 확인한 플라크 감소율은 수동 칫솔질 대비 35%입니다.