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유승협 교수, 초저전력 심박 및 산소포화도 센서 구현
〈 유승협 교수, 이현우 박사과정〉
우리 대학 전기및전자공학부 유승협 교수 연구팀이 유기발광다이오드(OLED)와 유기포토다이오드(OPD)를 이용해 초저전력 심박 및 산소포화도 센서 구현에 성공했다.
전기및전자공학부 유회준 교수 연구팀과의 협력을 통해 이뤄진 것으로 이 기술을 통해 심박 및 산소포화도 센서가 다양한 웨어러블 기기에 적용될 수 있는 계기가 될 것으로 기대된다.
이현우 박사과정이 1저자로 참여한 이번 연구는 ‘사이언스 어드밴스 (Science Advances)’11월 9일자 온라인 판에 게재됐다. (논문명 : Toward all-day wearable health monitoring: An ultralow-power, reflective organic pulse oximetry sensing patch)
심박 및 산소포화도 센서는 신체의 건강 상태를 나타내는 가장 중요한 생체 신호의 하나인 심장 박동과 혈액 내 산소와 결합한 헤모글로빈의 농도로서 신체 내 원활한 산소 공급 여부를 가늠할 수 있는 산소포화도를 측정하는 기기이다.
심박 및 산소포화도 센서에는 일반적으로 LED와 포토다이오드로 구성된 광학적 방법이 이용된다. 이 기술은 간단하고 소형화가 용이한 비 침습적 방법이면서 주요 생체신호의 모니터링이 가능하다는 이점이 있어 병원용 기기뿐 아니라 스마트 워치 등 웨어러블 기기에도 탑재되는 경우가 많다.
이러한 센서는 배터리 용량이 매우 제한적인 웨어러블 기기의 특성상 센서의 전력소모를 줄이는 것이 매우 중요하다.
그러나 현재 상용 심박 및 산소포화도 센서는 이산소자들의 배열로 구성돼 피부에서 산란으로 인해 전방위로 전달되는 빛을 효율적으로 감지하기 어렵다. 이러한 이유로 좀 더 강한 빛을 필요로 하기 때문에 장기간 실시간 모니터링에는 한계가 있다.
연구팀은 문제 해결을 위해 광원의 발광 파장에 따른 피부에서의 빛의 전달 형태를 실험과 피부 모델 시뮬레이션을 통해 검토했다. 유기소자의 경우 자유로운 패턴 구현이 용이한 점을 최대한 이용해 유기포토다이오드가 유기발광다이오드를 동심원 형태로 감싸 피부에서 전방위로 분포되는 빛을 효율적으로 감지하는 최적 구조를 갖는 유연 심박 및 산소포화도 센서를 구현했다.
이를 통해 평균소비전력 약 0.03밀리와트(mW)만으로도 심박 및 산소포화도를 측정할 수 있었다. 이는 LED와 PD가 일렬로 배치된 상용 센서가 갖는 통상 전력소모 양의 약 수십 분의 일에 해당하는 매우 작은 값으로 24시간 동작에도 1밀리와트시(mWh)가 채 되지 않는 양이다.
이 기술은 매우 낮은 전력 소모 외에도 유기소자가 갖는 유연 소자의 형태적 자유도도 그대로 갖는다. 따라서 스마트 워치부터 작게는 무선 이어폰, 스마트 반지, 인체 부착형 패치 등의 웨어러블 기기에서 배터리로 인한 제한을 최소화하면서 일상에 지장 없이 지속적인 생체 신호 모니터링을 가능하게 할 것으로 기대된다.
유승협 교수는 “생체 신호의 지속적인 모니터링은 건강의 이상 신호를 상시 검출 할 수 있게 할 뿐 아니라 향후 빅데이터 등과 연계하면 이들 생체신호의 특정 패턴과 질병 간의 상호 관계를 알아내는 등에도 활용될 수 있다.”고 말했다.
이번 연구는 과학기술정보통신부 한국연구재단-나노·소재원천기술개발사업 및 선도연구센터 사업의 지원을 받아 수행됐다.
□ 사진 설명
사진1. 연구팀이 개발한 센서
2018.11.12 조회수 10761 -
‘2011 웨어러블 컴퓨터 경진대회’ 본선 개최
우리 대학과 (사)한국차세대컴퓨팅학회가 공동으로 주관하는 제7회 ‘2011웨어러블 컴퓨터 경진대회(Wearable Computer Contest, WCC)‘가 28일과 29일 이틀 간 서울 코엑스 3층 전시장 C홀에서 개최된다.
웨어러블 컴퓨터는 사용자가 이동 환경 중에도 자유자재로 컴퓨터를 사용하기 위해 소형화, 경량화해 신체 또는 의복 일부분으로 착용할 수 있도록 제작된 컴퓨터로 IT기술과 패션을 융합하여 엔터테인먼트, 헬스케어 및 새로운 패션문화를 추구하는 분야다.
이번 대회는 올 3월 참가신청을 시작으로 엄격한 서류심사와 발표심사를 거쳐 57개 참가팀 중 본선에 참가할 10팀을 선발했다.
선발된 팀들은 반드시 스마트폰을 활용해 입는 컴퓨터를 제작하고 생체신호를 측정하거나 활용해야 한다. 생체신호를 활용하는 만큼 올해에는 건강과 안전, 신체와 엔터테인먼트를 반영한 IT와 BT융합형 제품과 일상생활에서 바로 사용이 가능한 실용성 높은 제품들이 많이 출품됐다고 대회관계자측은 설명했다.
이번 출품작에는 자전거 안전사고를 예방하는 옷이 제작되어 눈길을 끌고 있다. 사용자 등에 부착된 LED 표시등에 자전거 진행 방향과 정지 여부가 나타내고 스마트폰을 후방카메라로 사용하여 등 뒤의 상황을 사용자에게 알려주는 제품이다.
또한 옷 자체가 영화관이 되는 재미있는 제품도 출품됐다. 스마트폰으로 영화감상 중에 영화정보가 옷 내부에 장착된 센서로 전달돼 진동, 물 분사, 연기 효과를 발생시켜 영화관에 가지 않아도 4D영화를 감상 할 수 있는 제품이다.
그 밖에 ▲음악을 빛과 진동으로 변화시켜 새로운 놀이문화를 창조하는 LED 자켓▲근전도를 이용해 사용자 의지대로 움직일 수 있는 의수(義手)▲부위별 운동량을 측정해 균형 잡힌 운동을 도와주는 운동복 등 개성과 재미가 있는 작품들이 소개될 예정이다.
대회위원장인 유회준 KAIST 교수는“ 대회참가 학생수준이 해마다 높아져 완성도 높은 시제품이 많이 출품됐다” 며 “스마트 의류에 대한 산업계 관심이 커지면 입는 컴퓨터를 통해 편리하고 즐거운 IT 세상이 곧 열릴 것”이라고 말했다.
한편, (주)코오롱인더스트리 FnC는 이번 대회 본선진출팀에게 입는 컴퓨터를 제작할 수 있도록 코오롱 의류를 지원했으며 코오롱 특별상을 수상한 팀에게는 작품을 상품화 할 기회도 줄 예정이다.
행사 자세한 내용은 홈페이지(http://www.ufcom.org)를 통해 확인 가능하다.
2011.11.28 조회수 12485