△ 연세대학교 전기전자공학과 이태윤 교수

"대중 친화적인 의료기기 개발하겠습니다"

이는 최근 늘어나는 섬유 형태의 신개념 열전 소자를 개발하고, 인간의 피부 감각을 모사하는 웨어러블 센서 시스템을 구현한 연세대학교 전기전자공학과 이태윤 교수의 목표다.

이태윤 교수는 최근 고성능 무기 열전 소재인 아이오딘화 구리(CuI) 나노 입자가 내장된 고성능 신축성 섬유형 열전 소자를 개발하고 이를 통해 웨어러블 전자 기기에서 온도, 인장, 압력을 독립적이면서도 동시에 감지할 수 있는 센서 시스템을 구현했다.

<<a href="https://www.e-healthnews.com/bbs/board.php?bo_table=person&wr_id=969&me_id=&me_code=&type=" target="_blank">보다 자세한 내용은 본지 'E-헬스피플' 인터뷰 참조...>

웨어러블 전자기기와 IoT 기술의 발달과 함께 실시간 및 장기적인 신체 모니터링을 통한 개인 맞춤형 헬스케어 시스템이 주목받고 있다. 

이러한 시스템은 인간의 피부 감각을 모방한 스마트 센서를 통해 신체의 움직임, 체온 변화, 접촉 감지 등을 실시간으로 감지하는 기술을 필요로 한다.

따라서 스마트 센서는 기계적 자극을 감지하기 위해 유연하고 신축성 있어야 하며 온도 감지를 위해 열전 소재를 사용해야 한다.

섬유형 소자는 가볍고 유연하며 의류에 쉽게 접목시킬 수 있어 웨어러블 전자기기에 활용하기 좋다는 장점이 있다.

특히 신축성 섬유형 열전 소자는 기계적 자극과 열 자극을 모두 감지할 수 있으므로 앞서 말한 웨어러블 전자기기용 스마트 센서로 활용하기에 적합하다.

그러나 기존에 개발된 섬유형 열전 소자는 유기 또는 탄소 기반 열전 소재를 사용해 열전 성능이 낮거나 혹은 무기 열전 소재를 사용하여 낮은 유연성과 신축성으로 인한 한계가 존재하였다.

따라서 높은 신축성과 우수한 열전 성능을 동시에 확보한 섬유형 열전 소자의 개발이 필요하다.

이같은 상황이 이 교수가 이번 연구를 하게끔 만들었다.

이 교수는 "코로나19 팬데믹 이후 비대면 원격 진료와 개인 맞춤형 의료기기를 활용한 건강 모니터링의 필요성이 그 어느 때보다 강조되고 있다"며 "이러한 흐름 속에서 웨어러블 디바이스와 섬유형 센서 기술 연구를 기반으로 일상 속에서 손쉽게 사용할 수 있는 스마트 의료기기와 바이오 센서 개발에 주력해 왔다"고 말했다.

그는 이어 "특히 피부처럼 온도와 압력, 움직임을 동시에 감지할 수 있는 혁신적인 기술을 통해 개인화된 건강 관리와 비대면 의료 서비스를 실현할 수 있는 길을 열고자 했다"고 덧붙였다.

이번 연구는 '아이오딘화 구리(CuI)라는 물질을 이용하면 피부처럼 온도, 압력, 움직임을 동시에 느낄 수 있는 디바이스를 만들 수 있을까?'하는 아이디어에서 시작됐다.

이 교수는 CuI 나노 입자를 섬유 안에 고르게 넣는 기술을 개발해, 잘 늘어나면서도 뛰어난 성능을 가진 섬유를 완성했다.

또 이 섬유를 스마트 장갑에 적용해 다양한 감각을 정밀하게 감지하는 데 성공했으며 앞으로 건강 관리와 비대면 의료기기에 활용될 가능성을 열었다.

다만 이 연구가 항상 순조롭지만은 않았다.

이 교수에 따르면 연구 과정에서 가장 어려웠던 점은 열전 성능은 좋지만 단단한 아이오딘화 구리(CuI)라는 물질을 부드럽고 잘 늘어나는 섬유와 잘 결합시키는 것이었다.

이 교수는 CuI를 아주 작은 나노 입자 형태로 화학적으로 합성하고 섬유 안에 고르게 분포시키는 특별한 방법을 개발했다.

덕분에 섬유는 잘 늘어나면서도 뛰어난 열전 성능을 유지할 수 있었고 원하는 결과를 얻을 수 있었다.

이번 연구는 기존 기술과 완전히 다른 두 가지 특별한 점이 있다.

우선 아이오딘화 구리(CuI) 나노 입자를 활용해 섬유를 최대 835%까지 늘어나게 하면서도 뛰어난 열전 성능을 유지할 수 있는 기술을 만들었다. 

쉽게 말해 잘 늘어나면서도 열을 잘 감지할 수 있는 좋은 섬유를 처음으로 구현한 것이다.

또 이 섬유는 온도, 압력, 움직임을 동시에 정밀하게 감지할 수 있어 마치 인간 피부처럼 다양한 감각을 느낄 수 있다.

이 교수는 이 기술이 상용화된다면 웨어러블 기기와 스마트 의료기기를 한 단계 업그레이드해 개인 맞춤형 건강 관리에 혁신적인 변화를 가져올 것으로 예상했다.

이 기술은 스마트 의료기기로 활용되어 신체 데이터를 정밀하게 감지해 개인 맞춤형 건강 관리에 기여할 수 있다. 

예를 들어 병원에서 환자의 재활 치료 상태를 모니터링하거나 원격 진료를 통해 환자의 상태를 실시간으로 분석하는 데 사용될 수 있다. 

또 비대면 진료나 고령자 건강 관리 기기에도 적용되어 의료 현장의 효율성을 크게 높일 수 있다.

다만 실용화를 위해 해결해야 할 과제는 의료 환경에 적합한 인증을 받고 데이터를 의료 시스템과 효과적으로 연동하는 기술을 개발하는 것다. 

또 병원이나 환자가 쉽게 사용할 수 있도록 직관적이고 편리한 인터페이스를 설계하는 것도 중요하다.

이러한 점이 개선되면 이 기술은 의료 현장에서 혁신적인 도구로 자리 잡을 것이라고 이 교수는 예상했다.

이 교수의 목표는 웨어러블 의료기기를 넘어 전신 건강 모니터링이 가능한 스마트 헬스케어 시스템을 개발하는 것이다.

그는 "앞으로는 심박수, 호흡, 근육 움직임까지 실시간으로 감지할 수 있는 통합 바이오 센서를 연구하고 이를 통해 비대면 의료와 개인 맞춤형 건강 관리의 새로운 기준을 제시하고자 한다"며 "상용화 단계에서 더욱 쉽게 활용될 수 있도록 대중 친화적인 의료기기 개발에도 기여할 계획"이라고 말했다.

• 
  
• 강찬우 기자
• ehealth@e-healthnews.com