신축성 있는 스티커 생체 센서··· 스탠퍼드, 바디넷 시스템 개발

CIO KR
실시간으로 생체 정보 데이터를 수집하는, 스티커형 패치 센서에 관한 관심과 개발 열기가 뜨겁다. IoT를 기반으로 한 스마트케어와 원격진료, 빅데이터와 인공지능을 활용한 진단과 치료, 웨어러블 형태의 의료기기를 대중화하기 위해 필요한 부분이기 때문이다. 이러한 센서에 대한 연구와 개발은 헬스케어 전문 업체부터 대학에 이르기까지 다양한 분야에서 집중적으로 이뤄지고 있다.

미국 스탠퍼드 대학 연구팀이 개발 중인 바디넷(BodyNet) 시스템 역시 이러한 트렌드를 반영한 기술이다. 바디넷은 몸에 부착하는 센서와 센서에 전력을 공급하고 수집한 데이터를 수신하는 수신기, 수신기에서 스마트폰이나 PC 등으로 전송하는 송신기로 구성되어 있다. 수신기와 송신기는 일체형으로 디자인되어 있고, 옷에 부착해서 사용하는 웨어러블 형태로 디자인했다.


스탠퍼드대학 연구팀이 개발한 바디넷 시스템은, 신축성 있는 스티커 센서와 옷에 부착하는 웨어러블 형태의 송수신기로 구성되어 있다. 스티커 센서는 체온, 맥박, 호흡, 땀 성분 등의 생체정보를 측정해 전달한다.(사진 : 스탠퍼드 뉴스)

스티커처럼 신체에 부착해서 체온, 맥박, 호흡, 스트레스 등을 측정하는, 패치 형태의 생체정보 센서는 이미 다양한 곳에서 연구를 진행하고 있다. 대부분 프로토타입이 개발되어 있고, 상용화를 목표로 개선 중인 제품들이 많다. 바디넷 역시 그러한 연구와 맥락은 같지만, 구현 방법에서 한 발 더 진화한 형태의 시스템이라고 할 수 있다. 

피부에 부착하는 패치 센서는 착용하기 쉽고 불편하지 않아야 한다. 또한 활동 중에는 떨어지지 말아야 하고, 반대로 제거할 때는 어렵지 않게 떼어낼 수 있어야 한다. 특히 관절처럼 움직임이 많은 부위에 부착해서 사용해야 하는 경우에는, 부드럽게 늘어나고 자연스럽게 구부러져야 한다. 스탠퍼드 연구팀은 바로 이러한 부분에 초점을 맞춰 유연하고 신축성 있는 패치 센서 개발에 중점을 두고 있다.

바디넷에서 개발한 센서는 스티커에 센서와 안테나가 하나로 결합한 모습을 하고 있다. 센서 설계에만 3년의 시간을 보냈다고 밝힌 연구팀은, 착용하기 쉽고 편안하면서, 단단한 회로나 배터리가 없는 센서 개발을 목표로 연구를 진행해 왔다. 가장 큰 걸림돌은 피부처럼 늘어나거나 구부러지는 안테나 제작이었다. 이를 위해 고무 재질의 스티커에 금속 잉크를 이용해 안테나를 인쇄하는 방법을 적용했다. 

하지만 센서가 늘어나거나 구부러질 때마다 안테나 역시 같은 상황을 겪게 되면서, 신호가 약해지거나 불안정해지는 문제가 생겼다. 연구팀은 끊임없이 변하는 안테나 상태에 거의 영향을 받지 않으면서, 수신기에 강력하고 정확한 신호를 전달하는 RFID 시스템을 개발하는 것으로 문제를 해결했다. 센서에서 수신기로 보내진 데이터는, 블루투스를 이용해 스마트폰이나 PC 등으로 전송한다.

센서에서 전송하는 데이터를 제대로 수신하려면, 수신기와 센서의 거리를 최대한 가깝게 유지해야 한다. 이를 위해서는 센서에서 가장 가까운 곳에 수신기가 있어야 한다. 연구팀은 일상생활을 하거나 운동을 할 때도 센서로부터 데이터 수신에 문제가 없도록, 옷 속에 송수신기를 웨어러블 디바이스 형태로 부착하는 방법을 고안했다. 

초기 버전의 스티커 센서는 호흡, 맥박 측정을 위한 용도로 개발됐다. 현재는 땀이나 온도 등 다른 센서를 통합하는 연구를 진행 중이다. 이러한 연구가 성과를 내면 스마트 의류와 함께 작동하면서, 다양한 건강지표를 정확하게 추적할 수 있게 될 것으로 연구팀은 전망했다. 아울러 움직임이나 신체 활동을 방해하지 않는, 전신 피부 센서 어레이를 만드는 것도 가능할 것이라고 밝혔다. ciokr@idg.co.kr