[한국대학신문 이정환 기자] 연세대학교 화공생명공학과 조정호 교수 연구팀이 기존 웨어러블 기기의 불편함을 획기적으로 개선한 차세대 돌출 조절형 웨어러블 디바이스 ‘FLEXER(Fabric-based lamina emergent MXene-based electrode)’를 개발했다.
FLEXER는 피부 자극과 불편함을 유발했던 기존 웨어러블 기기의 한계를 극복하며, 움직임이 많은 환경에서도 안정적으로 바이오 신호를 감지할 수 있는 혁신적 기술로 평가받는다.
코로나19와 같은 전염병, 당뇨, 치매, 간질환 등 현대인의 건강을 위협하는 다양한 질환에 대응하기 위해 헬스케어 웨어러블 기술은 지속적으로 발전해 왔다. 그러나 기존 디바이스는 피부에 직접 접촉하는 센서로 인해 불편함을 초래하고, 이는 상용화 확대를 저해하는 주요 요인으로 지적됐다. 특히, 지속적인 밀착 착용은 피부 자극을 유발하거나 노이즈가 발생하기 쉬워 바이오 신호 감지의 신뢰성을 떨어뜨리는 주요 원인으로 지적됐다.
조정호 교수 연구팀은 이러한 문제를 해결하고자 FLEXER를 개발했다. FLEXER는 2차원 구조를 3차원으로 변형시키는 라미나 이머전트 메커니즘을 활용해, 옷이나 천 소재에 부착 가능한 디바이스로 설계됐다. 기존 웨어러블 기기가 시계, 팔찌, 바디수트 등 별도의 착용형 기기로 제한된 데 반해, FLEXER는 사용자에게 추가적인 장치를 요구하지 않아 실생활에서의 활용도를 크게 높였다.
바이오 전극으로 사용된 멕신(MXene) 소재는 뛰어난 전기전도도와 낮은 피부-전극 접촉 저항을 제공해, 민감하고 신뢰성 높은 바이오 신호 감지가 가능해졌다. 특히, 네슬러(Nesler)의 공압 간섭 액추에이터 설계에서 영감을 받은 모양 변환 디자인을 통해 움직임이 많은 환경에서도 피부와 전극 간의 안정적인 접촉을 유지한다.
FLEXER는 사용자 맞춤형 설계를 고려해 반원형 다리의 너비와 개수, 고정 프레임의 반지름, 공압 압력 등 주요 설계 요소를 정밀히 최적화했다. 이를 통해 신뢰성 높은 바이오 신호 감지와 편안한 착용 경험을 제공한다.
또한 FLEXER는 근전도 측정에서 합성곱 신경망(CNN) 기반 손동작 인식에 탁월한 성능을 발휘했으며, 실시간 블루투스 무선 연결을 통해 상용 바이오 전극 수준의 신호 대 잡음비(SNR)와 정확도를 입증했다. 움직임이 많은 환경에서도 높은 신뢰성을 유지해 헬스케어뿐 아니라 스포츠, 재활 치료, 원격 모니터링 등 다양한 산업에서의 활용 가능성을 열었다.
조정호 연세대 교수는 “FLEXER는 웨어러블 기기의 착용감과 바이오 신호 감지의 신뢰성을 크게 개선한 기술”이라며, “헬스케어뿐만 아니라 다양한 산업 분야에서 창의적이고 실용적인 응용 가능성을 열어줄 것으로 기대한다”고 밝혔다.
이번 연구는 연세대 조정호 교수와 대구경북과학기술원(DGIST) 장경인 교수, 호동해 교수, 연세대 이상현 연구원, DGIST 제갈장환 연구원이 공동으로 진행했다. 연구는 한국연구재단과 범부처전주기의료기기연구개발사업의 지원을 받아 수행됐으며, 연구 성과는 10월 2일 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)에 게재됐다.
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