주변 빛으로 작동하는 웨어러블…24시간 건강 모니터링 시대 연다

작성일 07-30

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> KAIST·노스웨스턴대 공동 연구진 
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 한국과학기술원(KAIST)의 심영민 석박통합과정생, 박도윤 박사과정생, 박찬호 박사후연구원, 권경하 교수./KAIST
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 국내 연구진이 주변 빛을 에너지원으로 활용하고, 전력 상황에 따라 최적화된 관리를 통해 24시간 연속 측정이 가능한 차세대 웨어러블 플랫폼을 개발했다.
 권경하 한국과학기술원(KAIST) 전기및전자공학부 교수 연구진이 박찬호 미국 노스웨스턴대 박사 연구진과의 공동 연구를 통해 주변 빛을 활용해 배터리 전력 부담을 줄인 적응형 무선 웨어러블 플랫폼을 개발했다고 30일 밝혔다. 연구 결과는 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’에 지난 1일 발표됐다.
 심박수, 혈중산소포화도, 땀 성분 분석 등 지속적인 건강 모니터링을 위한 의료용 웨어러블 기기의 소형화와 경량화는 여전히 큰 도전 과제다. 특히 광학 센서는 발광 다이오드(LED) 구동과 무선 전송에 많은 전력을 소모해 무겁고 부피가 큰 배터리를 필요로 한다.
 연구진은 의료용 웨어러블 기기의 배터리 문제를 해결하기 위해 주변의 자연광을 에너지원으로 활용하는 혁신적인 플랫폼을 개발했다. 이 플랫폼은 세 가지 상호 보완적인 빛 에너지 기술을 통합한 것이 특징이다.
 첫 번째 핵심 기술인 ‘광 측정 방식(Photometric Method)’은 주변 광원의 세기에 따라 LED 밝기를 적응적으로 조절하는 기술이다. 주변 자연광과 LED 빛을 합쳐 일정한 총 조명량을 유지하되, 자연광이 강할 때는 LED를 어둡게, 자연광이 약할 때는 LED를 밝게 자동 조절한다. 이 기술을 활용해 충분한 조명 환경에서 전력 소모를 86.22%나 줄였다.
 두 번째는 ‘고효율 다접합 태양전지(Photovoltaic Method)’ 기술이다. 이는 단순한 태양광 발전을 넘어서 실내외 모든 환경의 빛을 전력으로 변환한다. 특히 적응형 전력 관리 시스템을 통해 주변 환경과 배터리 상태에 따라 11가지 서로 다른 전력 구성으로 자동 전환되어 최적의 에너지 효율을 달성한다. 동시에 낮 동안 주변 빛을 흡수해 저장했다가 어둠 속에서 서서히 방출하도록 하는 기술을 더해 24시간 연속 작동될 수 있도록 했다.
 추가로 센서 내 데이터 처리 기술을 도입해 무선 통신으로 인한 전력 소모도 대폭 줄였다. 기존에는 모든 원시 데이터를 외부로 전송해야 했지만, 이제는 센서 내부에서 필요한 결과만 계산해 전송함으로써 데이터 전송량을 100배 감소시켰다.
 연구진은 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 혈중 산소포화도 측정이 가능함을 확인했다.
 권경하 교수는 “이 기술을 활용해 24시간 연속 건강 모니터링이 가능해지면서 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”라고 말했다.
 참고 자료
 Nature Communications(2025), DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-025-60911-1
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