서울대 공과대학 전기정보공학부 유담 교수 연구팀이 배터리 없이 심전도 신호를 측정할 수 있는 피부 밀착형 웨어러블 헬스케어 시스템을 개발했다고 4일 밝혔다. 이번 연구 결과는 미국과학진흥협회(AAAS)가 발행하는 국제학술지 ‘사이언스 어드밴시스’에 지난 1일 게재됐다.
웨어러블 헬스케어 시스템은 몸에 착용한 센서를 통해 생체 신호를 실시간으로 측정하고 질병의 이상 징후를 조기에 발견할 수 있는 차세대 의료 기술이다. 대표적인 예가 심전도 센서다. 심전도 센서는 부정맥 등 심혈관 질환을 파악하는 데 필수적으로 활용된다.
하지만 배터리 문제로 웨어러블 기기의 상용화와 장기 사용은 현재까지 이뤄지지 않았다. 주기적인 충전과 교체가 필요하고 이 때문에 생체 신호의 장기적인 연속 측정을 어렵게 했기 때문이다.
연구팀은 인체에 부착된 여러 발전 소자에서 만들어진 전력을 멀리 떨어진 심전도 센서까지 무선으로 전달하는 새로운 전력공급 구조를 개발했다. 이 기술의 이름은 논문에서 ‘직교 에너지 하베스팅 네트워크’라고 명명됐다. 이 기술을 통해 개발된 ‘SkinECG’는 피부에 밀착되는 하이드로콜로이드 패치 위에 유연한 회로 기판과 반도체 칩을 탑재한 심전도 센서, 그리고 여러 발전 소자가 만든 전력을 센서로 보내는 다중 에너지 무선 전력공급 네트워크로 구성된다.
이는 하나 이상의 에너지 하베스팅 발전 소자가 주변 에너지를 전기로 변환한 다음 인체 결합 전력 전송 기술을 통해 가슴의 심전도 센서로 전력을 무선 공급하는 원리로 작동한다.
연구팀은 기존 무선 전력 전송 방식의 한계도 극복했다고 설명했다. 이 방식은 공기 중으로 전자파를 보내 전력을 전달하지만 인체 주변에서 사용되면 전자파가 몸에 흡수되거나 산란해(사방으로 흩어짐) 효율이 떨어졌다. 이에 연구팀은 전력을 멀리 방사하는 대신 피부 표면을 따라 전달되도록 하는 방식을 취했다. 또 인체에 결합하는 전력 수준을 사람이 일상생활에서 주변 전자기기와 생활환경을 통해 상시 노출되는 수준으로 제한했다.
유 교수는 “무겁고 부피가 큰 배터리 없이도 심전도 센서에 안정적으로 전력을 공급할 수 있음이 입증됐다”며 “향후 근전도, 뇌파 등 다양한 생체 신호 센서를 구동하는 멀티모달 디지털 헬스케어 플랫폼뿐 아니라, 다양한 웨어러블 기기의 전력공급 기반 기술로도 확장할 수 있을 것”이라고 설명했다.
장은현 기자 eh@kmib.co.kr
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