한국과학기술원(KAIST)은 전기및전자공학부 권경하 교수팀이 미국 노스웨스턴대 박찬호 박사팀과 주변 빛으로 심박수, 혈중산소포화도, 땀 성분 등을 분석하는 건강 모니터링 의료용 웨어러블 기기의 배터리 전력 부담을 줄인 적응형 무선 차세대 웨어러블 플랫폼을 개발했다고 30일 밝혔다.
연구팀은 광 측정 방식(Photometric Method), 고효율 다접합 태양전지(Photovoltaic Method) 및 축광·발광(Photoluminescent Method) 기술 등 세 가지 상호 보완적 빛 에너지 핵심 기술을 통합했다. 이들 기술이 상호 보완적이면 24시간 연속 작동을 가능하게 한다고 연구팀은 설명했다.
연구팀은 이 플랫폼을 다양한 의료 센서에 적용해 실용성을 검증했다. 광용적맥파 측정 센서는 심박수와 혈중산소포화도를 실시간으로 모니터링해 심혈관 질환의 조기 발견을 가능하게 한다. 청색광 노출량 측정 센서는 피부 노화와 손상을 유발하는 블루라이트를 정확히 측정해 개인 맞춤형 피부 보호 가이드를 제공한다. 땀 분석 센서는 마이크로 유체 기술을 활용, 땀 속 염분, 포도당, pH를 동시에 분석해 탈수나 전해질 불균형을 실시간으로 감지할 수 있다.
센서 내 데이터 처리 기술을 도입해 무선 통신으로 인한 전력 소모도 대폭 줄였다. 기존에는 모든 원시 데이터를 외부로 전송해야 했지만, 센서 내부에서 필요한 결과만 계산해 전송함으로써 데이터 전송량을 초당 400B에서 4B로 100배 감소시켰다.
연구팀은 성능 검증을 위해 건강한 성인 피험자를 대상으로 밝은 실내조명, 어두운 조명, 적외선 조명, 완전한 어둠 등 4가지 서로 다른 환경에서 테스트했다. 그 결과 모든 조건에서 상용 의료기기와 동등한 측정 정확도를 보였다. 생쥐 모델을 이용한 저산소 상태 실험에서도 정확한 혈중산소포화도 측정이 가능함을 확인했다.
권경하 교수는 “이 기술을 활용해 24시간 연속 건강 모니터링이 가능해지면 의료 패러다임이 치료 중심에서 예방 중심으로 전환될 수 있을 것”이라며 “조기 진단을 통한 의료비 절감 효과와 함께 차세대 웨어러블 헬스케어 시장에서의 기술경쟁력 확보도 기대된다”고 말했다.
한편 인공지능반도체대학원 박도윤 박사과정 학생이 공동 제 1저자로 참여한 이번 연구 결과는 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스’(Nature Communications)에 발표됐다.
헬로티 이창현 기자 |
