광운대학교는 박재영 전자공학과 교수 연구팀이 호흡·맥박과 같은 생리신호는 물론 관절운동 등 인체활동을 연속 모니터링할 수 있는 고성능 인장센서 패치를 개발했다고 3일 밝혔다.
최근 웨어러블 디지털 의료 및 헬스케어 사물인터넷(IoT) 기술이 급속도로 발전하면서 다양한 생체 신호를 측정·모니터링하는 센서 연구가 활발히 진행되고 있다.
기존 저항형·용량형 인장센서는 신체 움직임을 정밀히 측정하는 데 어려움이 있다. 또 신축성이 낮아 장시간 사용 시 성능이 떨어지는 문제가 빈번하다.
박 교수팀은 이를 해결하기 위해 하이브리드 다공성 탄소(HPC) 소재와 공기 투과성을 갖춘 '다공성 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌'(SEBS) 기반의 스트레쳐블 기판을 선택했다.
또한 하이브리드 금속-유기 골격체(ZIF-8@ZIF-67)에서 얻어진 코어-쉘 구조의 나노다공성 탄소를 활용했다. 코발트가 풍부한 ZIF-67의 높은 전도성과 ZIF-8의 넓은 표면적 및 질소 함량을 결합해 우수한 전기적 특성, 향상된 기계적 안정성을 확보했다. 이렇게 개발된 센서는 순수 LEG 기반 센서보다 넓은 측정 범위, 뛰어난 감도를 보였다.
연구팀은 △관절 운동 △동맥 진동 △호흡 패턴 등을 실시간으로 측정하는 모니터링 시연도 진행했다. 높은 소수성과 공기 투과성을 갖춰 장시간 착용에도 국부적 가열로 인한 성능 저하나 피부 염증이 발생하지 않았다.
광운대 관계자는 "이번 연구를 통해 고감도, 고신뢰성, 신축성을 동시에 만족하는 웨어러블 인장센서를 개발했다"며 "향후 디지털 헬스케어 및 의료 기술 분야에서 폭넓게 활용될 것으로 기대된다"고 말했다.
한편 이번 연구는 과학기술정보통신부가 추진하는 '한국연구재단 중견연구자 지원사업'과 한국산업기술진흥원의 '산업기술혁신사업'(저전력 센서와 구동을 위한 자립형전원 센서 플랫폼 개발)의 지원을 받아 수행됐다. 연구 결과는 화학공학 분야 국제학술지인 엘스비어 출판의 '케미컬엔지니어링저널'(Chemical Engineering Journal, IF=15.1)에 게재됐다.
