- 땀 유량과 이온 농도를 스파이크 신호로 변환, 처리하는 땀센서 패치 개발

- 장시간 땀 모니터링을 위한 구동 시간 및 에너지 문제를 파격적으로 해결

사람의 감각뉴런을 닮아 저전력으로 장시간 구동 가능한 땀 센서 패치가 개발됐다. 저혈당 쇼크나 심장마비 같은 급성질환의 전조증상을 감지하는 데 활용될 수 있는 기술이다.

곽노균 한양대 기계공학과 교수팀은 이현정 스핀융합연구단 책임연구원팀과 함께 감각뉴런의 효율적인 정보처리 방식을 모사해 에너지 효율이 높은 웨어러블 땀 센서 패치를 개발했다고 7일 밝혔다. 연구결과는 삼성미래기술육성사업과 과학기술정보통신부 중견연구자지원사업으로 수행됬으며, 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션즈' (IF: 17.694)에 Editor’s highlights 논문으로 11월 7일에 발표됐다.

사람이 흘리는 땀에는 혈액의 대사물질, 이온 농도와 영양분 같은 화학 정보가 포함돼 있다. 웨어러블 센서는 이를 모니터링 해 채혈 없이 건강상태를 확인할 수 있다. 하지만 웨어러블 땀 센서는 실시간 연속 데이터 무선 전송으로 대량의 중복 데이터가 생성되는 과정에서 에너지 소모가 많아 실용화하기 위한 충분한 작동시간을 확보하기 어려웠다.

연구팀은 감각뉴런의 스파이크 신호 기반 무선 웨어러블 땀 센서 패치를 개발해 에너지 소모를 줄였다. 감각뉴런은 외부자극을 받으면 이를 스파이크 형태의 전기신호로 만들어 정보를 주고받는데 복잡하고 방대한 정보를 효율적이면서 신속하게 처리할 수 있는 방법이다.

연구팀이 개발한 땀 센서는 원뿔 형태의 땀 채널(통로) 내벽에 한 쌍의 전극이 있어 땀이 차오르고 제거되는 과정을 전기적 신호로 변환할 수 있다. 땀이 차오르면 전기적 신호가 증가하고 땀이 제거되면 전기적 신호가 줄어드는 과정이 반복되며 스파이크 형태의 신호를 만들어낸다. 스파이크 신호의 주파수와 진폭을 통해 땀을 배출하는 속도와 땀 이온 성부의 농도에 관한 정보를 파악할 수 있다.

땀 센서는 땀이 차오르고 제거되는 과정을 반복하며 연속적으로 작동할 수 있다. 새로 분비된 땀과 이전의 땀이 혼합되지 않아 정확히 측정할 수 있다는 것도 장점이다. 연구팀은 실험을 통해 이 땀 센서가 데이터를 전송할 때의 에너지 소모가 실시간 동작하는 경우의 0.63% 수준이라고 밝혔다.

이번 연구결과는 장기간 땀 모니터링을 가능하게 해 야간 저혈당 쇼크 및 심장마비 같은 급성 질환 또는 그 전조 증상을 감지하는데 활용될 수 있다. 또 다른 유형의 피부 부착 센서 및 새로운 컴퓨팅 기술과 결합하면 에너지 효율적이고 지능적인 디지털 건강관리가 가능할 것으로 기대된다.

기사원문: https://medifonews.com/news/article.html?no=173230

    https://www.dongascience.com/news.php?idx=57460

    https://kist.re.kr/ko/news/latest-research-results.do?mode=view&articleNo=8757

논문주소: https://doi.org/10.1038/s41467-022-34442-y

논문명: An epifluidic electronic patch with spiking sweat clearance for event-driven perspiration monitoring

저자:

- (제 1저자) 한양대학교 김상하 학생연구원

- (제 1저자) 한국과학기술연구원 박성진 인턴연구원

- (제 1저자) 한양대학교 최진아 학생연구원

- (제 1저자) 한국과학기술연구원 황원섭 박사후연구원

- (교신저자) 한국과학기술연구원 이현정 책임연구원

- (교신저자) 한양대학교 곽노균 부교수