[헬스코리아뉴스 / 박정식] 피부에 부착시킨 센서를 통해 착용자의 생체신호를 실시간으로 측정할 수 있는 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.
11일 한국연구재단에 따르면 성균관대학교 김선국 교수 연구팀과 한국전자부품연구원 이성호·이민구 연구원은 착용자의 피부 표면 온도나 습도, 동작(보행, 넘어짐 등)을 포착할 수 있는 센서를 개발했다. 이 센서는 신축성 있는 패치형태로 제작돼 피부 친화적이며, 최장 7일간 생체신호를 실시간으로 모니터링할 수 있다.
신체변화를 모니터링하거나 질병의 초기신호를 감지할 수 있는 웨어러블 헬스케어 디바이스에 관한 연구는 활발하나, 장시간 사용하기 불편하거나 피부에 잘 밀착되지 않아 정확한 정보를 측정하는데 한계가 있었다.
이를 해결하고자 연구팀은 착용성을 고려, 피부에 밀착돼 움직임(압착)에 제약을 주지 않도록 피부 친화적이면서 방수성을 갖는 다공성 실리콘 점착제로 된 패치에 생체신호 측정 센서를 구현해 냈다.
원리는 피부 온도 변화에 따라 나타나는 신축성 백금센서의 저항변화를 이용하는 것이다. 이를 통해 20 ~50 범위에서 0.2 이내의 오차범위로 온도를 측정할 수 있도록 했다.
나아가 연구팀은 스마트폰 어플리케이션을 통해 실시간으로 신호변화를 확인할 수 있도록 무선통신 모듈을 구현했다.
연구팀은 “병원과의 임상연구를 통해 인허가를 위한 후속연구를 진행할 계획”이라며 “지속적인 관찰이 필요한 신생아, 노약자, 운동선수 등의 생체 신호를 모니터링해서 응급상황에 대처할 수 있도록 하는 데 응용될 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.
이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구자지원 사업 및 바이오의료기술개발사업의 지원으로 수행됐다. 연구 성과는 ‘IEEE Transaction on Industrial Electronics’ 11월 6일자에 게재됐다.
아래는 김선국 교수와의 미니 인터뷰.
◇ 연구를 시작한 계기나 배경은?
웨어러블 헬스케어 디바이스는 장시간 지속적으로 생체신호를 정확히 감지해야 질병이나 응급상황으로 인한 변화를 정확히 판단할 수 있을 것이라고 생각했다. 이를 위해 움직임에 영향을 받지 않는 신축성 구조를 개발하고, 피부에 부착해 보다 장시간 정확한 생체 신호를 측정하기 위하여 디바이스를 패치 형태로 구성하게 됐다.
◇ 연구 전개 과정에 대한 소개
x, y, z-방향의 변화에도 기계적·전기적 영향을 받지 않는 안정성을 얻기 위해 키리가미 구조와 서펜타인 구조를 결합한 새로운 구조의 센서를 설계했다. 피부에 유연하게 부착하기 위해 모듈도 유연한 회로 기판을 사용해 구성했고, 피부 친화적 패치를 사용해 움직임에도 불편함이 없는 다기능 센서 시스템을 개발했다.
◇ 연구하면서 어려웠던 점이나 장애요소는 무엇인지?
개발된 센서는 금속(백금과 금)으로 이뤄져 있기 때문에 굽힙(bending)이나 당김(strain) 등과 같은 기계적 변형에 의해 손상이 되기 쉽다. 따라서 기계적 안정성을 확보하기 위해 본 연구에서는 레이저커팅기술을 개발하여 신축성을 높였다. 그 결과 cyclic bending test 및 stretching test 후에도 변함없이 정확도 높은 생체신호 측정값을 얻을 수 있었다.
◇ 이번 성과, 무엇이 다른가?
기존 센서와 달리 움직임이나 변형에 대한 신호의 영향이 없고, 피부에 부착이 가능하여 정확한 데이터 수집이 가능하기 때문에 헬스케어 뿐만 아니라 장시간 부착하여 응급상황 모니터링용 시스템으로도 적용 가능할 것으로 기대된다.
◇ 꼭 이루고 싶은 목표나 후속 연구계획은?
현재 개발된 유연 패치 기반의 유연·신축성 스마트 센서 시스템을 통해 추후에는 헬스케어 뿐만 아니라 웨어러블 전자 및 의학 분야, 사물인터넷(IoT) 어플리케이션으로도 다양하게 연구분야를 넓히고자 한다.
