실시간 헬스 모니터링하는 얇은 스티커형 무선 센서 개발

▲ (사진제공=KISTI 미리안) 헬스 모니터링 스티커형 무선 스티커형 센서

(서울=기술사신문) 이태진기자 = 피부와 함께 움직이고 늘어지면서도 상업용 기성제품 칩에 기반을 둔 전자장치와 통합되는, 얇은 스티커형 무선 헬스 모니터링 시스템 실증화시험에 성공했다.

일리노이즈 대학교 어바나-샴페인 캠퍼스와 노스웨스턴 대학교에서 개발된 이 패치는 일회용 문신처럼 피부에 달라붙고, 접힌 와이어를 가진 미세유체 구조체에 통합될 수 있어서 굳은 전자장치 부품에 결박되지 않더라도 구부러지는 것이 가능하다고 알려졌다.

이 패치는 휴대전화기나 컴퓨터에 무선으로 업데이트 정보를 전송함으로써 정기적인 헬스 모니터링에 사용될 수 있고, 와이어, 패드 또는 테이프가 불필요하기 때문에 심전도(EKG, Electrocardiogram) 및 뇌전도(EEG, Electroencephalogram) 판독결과를 모니터링하게 될 때 효과를 더 증명해 보일 것이다.

"우리는 사람의 건강을 24시간 종일 매일 모니터링하기 위해 그리고 사람의 일상 활동에 간섭을 주지 않도록 이 장치를 설계했다. 이 장치는 사람의 피부처럼 부드럽고 몸과 함께 움직이는 것이 가능하지만, 동시에 많은 모니터링 특성도 가지고 있다. 이 장치가 가진 매우 중요한 특징은 무선으로 전력을 공급받고 실시간으로 컴퓨터에게 인체 상황에 대한 고품질 데이터를 제공할 수 있다는 사실"이라고 일리노이즈 대학교 존 A. 로저스(John A. Rogers) 교수와 공동으로 연구를 진행한 노스웨스턴 대학교의 황 용강 교수는 말했다.

발표에 따르면, 연구진들은 기존의 심전도(EKG) 및 뇌전도(EEG) 모니터를 하나씩 일대일로 비교했고, 그 결과 무선 패치가 기존의 센서와 비슷한 성능을 보이면서도 환자들에게는 더욱 편하다는 사실을 발견했다. 이러한 특성은 환자들이 자연스럽게 움직이고 활동하는 능력에 의존할 때의 스트레스 시험이나 수면 연구 그리고 아직까지 성숙하지 않은 신생아와 같이 망가지기 쉬운 피부를 가진 환자들과 같은 장기간의 모니터링 상황에서는 아주 중요한 것이다.

일리노이즈 대학교 로저스(Rogers) 교수 연구 그룹은 이전에 작고 아주 얇으며 특수하게 설계된 프린팅 구성품으로 제작된 피부 전자장치에 대한 실증화시험을 진행한 바 있다. 고성능의 모니터링 특성을 제공함과 동시에, 이용가능한 칩에 기반을 둔 구성품과의 통합 사용은 저비용으로 엔지니어링 디자인 분야에서의 새로운 가능성을 제공한다.

"우리가 개발한 최초의 상피장치는 특수한 장치 형태 즉, 특정 방식으로 극도로 얇게 구조화된 장치를 검토한 것이다. 그렇지만, 칩 크기의 장치, 축전지, 커패시터 그리고 다른 부품들은 반드시 이러한 플랫폼으로 다시 만들어져야 한다. 이러한 특수한 전략과 우리의 새로운 콘셉트를 미세유체 방식과 오리가미 인터커넥트(origami interconnects)방식으로 만드는 것은 매우 큰 가치가 있어서, 연구개발 속도의 증가, 비용 절감 그리고 장치 형태에 대한 여러 가지 확장된 옵션을 이루기 위한 상업용 기성 부품과의 정합성을 가능하게 한다"고 로저스(Rogers) 교수는 말했다.

여러 대학교로 이루어진 연합 연구팀은 상대적으로 크고 덩치가 있는 칩을 부드럽고 유연한 패치 기반으로 통합시키기 위한 도전적인 작업을 해결하기 위해 노력했다. 이 패치는 유체로 가득한 얇은 탄력성 있는 포장으로 만들어져 있다. 칩 부품은 지지용 포인트에 의해 매달리고 그것들을 아래에 있는 패치에 본딩하지만, 패치가 늘어나고 움직일 수 있도록 한다.

이 패치의 가장 큰 엔지니어링적 요소 중의 하나는 라이도, 파워 인덕터 그리고 센서와 같은 전자부품을 연결하는 와이어의 디자인이다. 사문석(serpentine) 형태의 와이어는 접혀져서, 패치가 어떤 형태로 구부러지고 꼬이거나 늘어져도 와이어는 그 움직임을 수용하기 위해 어떠한 방향으로도 접혀지지 않을 수 있다.

이 연구팀은 이 연구결과를 사이언스(Science)지에 발표했다.