신체의 피부 조직처럼 부드럽고 별도의 접착제 없이 직접 피부에 부착할 수 있는 무선통신 기반의 고신축성 전자피부는 질병의 지속적인 임상진단 또는 치료를 목적으로 높은 수요가 있다. 최근까지 제안돼 온 전자피부는 대부분 평면형 S커브로 구성된 신축성 전도선을 사용했는데, 변형자유도가 높지 않아 신축성이 높지 않은 한계가 있었다.
이에 국내 DGIST 연구팀이 반창고처럼 붙여 생체신호를 수집 및 분석해 휴대전화로 전송할 수 있는 전자피부를 개발했다. 이 전자피부를 활용하면 사용자가 언제 어디서든지 피부에 부착해 자신의 건강을 진단하고, 치료에도 활용할 수 있을 것으로 기대된다.
DGIST(총장 손상혁)는 로봇공학전공 장경인 교수 연구팀이 미국 일리노이대학교 존 로저스 교수 연구팀과 공동연구를 통해 식물의 넝쿨 구조를 모방한 전도선을 활용한 무선통신 기반 전자피부를 개발했다고 10일(월) 밝혔다.
고령화에 따른 의료비 증가, 치료에서 예방 중심의 의료 서비스 패러다임 변화, 삶의 질에 대한 관심 증가 등으로 웨어러블 컴퓨터 분야의 연구 및 관련 산업은 세계 각국의 미래 성장동력으로 부상하고 있다. 하지만, 대부분의 웨어러블 컴퓨터 혹은 전자피부 기술은 의료 시스템 형태가 아닌 단일 센서 형태로 개발되고 있다.
이러한 단일 센서들을 활용한 건강 정보 수집 및 분석은 별도의 장비를 갖춘 병원이나 연구실 등에서만 진행할 수 있어, 자유롭게 활동하는 사용자의 생체정보를 정밀하고 연대기적으로 분석 및 치료하기에는 불가능하다는 점이 한계점으로 지적돼 왔다.
이러한 한계를 극복하기 위해 장경인 교수 연구팀은 인간의 생체신호 수집에서부터 저장, 분석, 외부 기기로의 무선통신까지 가능한 전자피부를 개발했다. 연구팀은 중앙처리장치(CPU), 메모리, 센서, 안테나 등이 포함된 상용 집적회로소자와 연구팀이 새롭게 고안한 스프링 구조의 고신축성 전도선, 초연성 재질의 신소재를 활용했다.
상용화된 집적회로소자를 전자피부에 활용하려는 시도는 많았으나, 딱딱한 재질의 집적회로소자를 높은 신축성이 필요한 전자피부에 활용하기 위해서는 각각의 소자를 전기적으로 이어주는 신축성이 높은 전도선이 필요해 아직까지 구현되지 못하고 있었다.
연구팀은 금속과 폴리머 복합재료를 사용해 식물 넝쿨의 구조를 기하학적으로 모사한 초신축성 전도선을 고안 및 개발했으며, 이를 활용해 집적회로소자가 내장된 고신축성 전자피부를 구현하는데 성공했다.
이번 개발한 전자피부는 얇고 부드러우면서도 별도의 접착제가 없이도 붙일 수 있어 사용자가 신체 원하는 부위에 반창고처럼 직접 부착할 수 있다. 또한, 하나의 독립된 컴퓨터처럼 작동하기 때문에 생체신호의 수집, 분석, 저장이 가능하며 무선통신으로 휴대전화 어플리케이션에 전송해 건강 정보를 진단할 수 있다.
연구팀은 사람의 가슴에 전자피부를 직접 부착해 심전도, 가슴의 움직임 등의 생체 신호를 수집했고, 전자피부에 내장된 초소형 컴퓨팅시스템을 이용해 심박수 및 호흡수 등의 건강 정보를 분석한 뒤 무선안테나로 연구팀이 직접 코딩한 휴대전화 어플리케이션에 전송하는 실험도 마쳤다.
DGIST 로봇공학전공 장경인 교수는 “무선통신 기반 전자피부는 빅데이터와 인공지능을 활용해 언제 어디서나 건강 정보를 수집, 저장, 분석하는 의료 시스템으로 발전시킬 수 있다”며 “앞으로 도서산간 지역이나 의료 사각지대에 있는 환자들의 원격 진료 및 치료 서비스를 제공하는데 활용 가능한 전자피부 시대를 열고 싶다”고 말했다.
한편, 이번 연구 결과는 국제학술지 네이처의 자매지인 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’ 6월 21일자 온라인 판에 게재됐으며, 한국연구재단 신진연구자지원사업으로 수행됐다.
