KAIST, '24시간 건강 모니터링' 주변 빛 에너지로 이뤘다

작성일 07-30

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 한국과학기술원(KAIST·총장 이광형) 연구진이 주변 빛을 에너지원으로, 24시간 연속 측정이 가능한 차세대 웨어러블 플랫폼을 개발했다.
 KAIST는 권경하 전기 및 전자공학부 교수팀이 박찬호 미국 노스웨스턴대 박사팀과 이같은 성과를 거뒀다고 30일 밝혔다.
 개발 플랫폼은 세 가지 상호 보완적인 빛 에너지 기술을 통합했다. 첫 번째 핵심 기술인 '광 측정 방식'은 주변 광원 세기에 따라 발광다이오드(LED) 밝기를 조절한다. 자연광이 강할 때는 LED를 어둡게, 자연광이 약할 때는 밝게 자동 조절한다. 
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 연구진이 개발한 무선 웨어러블 플랫폼 개요
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 주변 환경에 맞춰 LED 전력을 실시간으로 최적화할 수 있어 실험 결과, 충분한 조명 환경에서 전력 소모를 86.22%나 줄였다.
 두 번째는 '고효율 다접합 태양전지' 기술이다. 단순 태양광 발전을 넘어 실내외 모든 환경의 빛을 전력화한다. 적응형 전력 관리 시스템으로 주변 환경과 배터리 상태에 따라 11가지 서로 다른 전력 구성으로 자동 전환돼 에너지 최적 효율을 달성한다.
 세 번째 혁신 기술은 '축광·발광'기술로, 야광 페인트나 안전 표지판에 쓰이는 '스트론튬 알루미네이트 미세입자'를 센서 실리콘 캡슐화 구조에 혼합해, 낮 동안 주변 빛을 흡수했다가 어둠 속에서 방출한다. 태양광 500W/m²에 10분 노출되면 완전한 어둠에서도 2.5분간 연속 측정이 가능하다.
 이 세 가지 기술이 상호 보완적으로 작동해 밝은 환경에서는 첫 번째와 두 번째 방식이, 어두운 환경에서는 세 번째 방식이 추가로 지원하는 방식으로 24시간 연속 작동이 가능하다.
 연구팀은 이 플랫폼을 다양한 의료 센서에 적용해 검증했다. 광용적맥파 측정 센서는 심박수·혈중산소포화도를 실시간 모니터링해 심혈관 질환 조기 발견을 가능케 한다. 청색광 노출량 측정 센서는 피부 노화·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.
 추가로 센서 내 데이터 처리 기술을 도입해 무선 통신 전력 소모도 대폭 줄였다. 센서 내부에서 필요한 결과만 계산·전송해 데이터 전송량을 400B/s에서 4B/s로 100배 감소시켰다.
 모든 조건에서 상용 의료기기와 동등한 측정 정확도를 보였고, 생쥐 모델을 이용한 저산소 상태 실험에서도 정확한 혈중산소포화도 측정이 가능했다.
 권경하 교수는 “이 기술로 24시간 연속 건강 모니터링이 가능해짐에 따라 의료 패러다임이 치료에서 예방 중심으로 전환될 것”이라며 “조기 진단을 통한 의료비 절감 효과와 차세대 웨어러블 헬스케어 시장 기술경쟁력 확보도 기대된다”고 말했다.
 연구 결과는 네이처 커뮤니케이션스에 1일 발표됐다.
 김영준 기자 kyj85@etnews.com
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