[메디먼트뉴스 이광익 기자] 미국 럿거스대 연구진이 충전 없이 사람의 걸음걸이를 분석하는 스마트 신발을 개발했다.
28일(현지시간) 럿거스대 공과대학 연구팀은 착용자의 걸음걸이를 95.4%의 정확도로 분석하는 스마트 신발 시제품을 공개했다. 이 연구 결과는 국제 학술지 '사이언스 어드밴시스'에 게재됐다.
이 신발은 착용자가 걸을 때 발생하는 에너지로 작동하는 것이 특징이다. 신발 밑창에 내장된 장치가 매 걸음의 압력과 마찰을 이용해 전기를 생산한다. 이는 서로 다른 물질이 마찰할 때 정전기가 발생하는 '마찰전기 효과'와 관련된 원리다.
연구팀은 불규칙하게 생성되는 전기를 유용한 형태로 변환하는 전력 관리 회로를 설계했다. 이 회로는 기존 방식보다 사용 가능한 에너지를 최대 120배까지 늘린다.
연구를 이끈 시미아오 니우 생물의공학과 조교수는 "걸음걸이는 많은 질병의 가장 중요한 생체지표 중 하나"라며 "균형, 속도, 보폭 등의 변화는 질병 진행, 낙상 위험 또는 재활 상태에 대한 단서를 제공할 수 있다"고 설명했다.
연구팀은 이 기술이 향후 파킨슨병, 척수 손상, 외상성 뇌 손상 등 운동 장애를 겪는 환자를 장기간 모니터링하는 데 도움이 될 것으로 기대한다. 니우 교수는 "환자들이 우리가 개발한 '걱정 없는 신발'을 착용하기만 하면 신발이 자동으로 걸음걸이 패턴을 수집할 수 있다"고 말했다.
신발은 가속도계를 사용해 발의 움직임을 측정하고, 작은 프로세서가 인공지능(AI)을 이용해 데이터를 분석한다. 이 방식은 '엣지 AI'로 불리며, 원시 정보를 외부 서버로 계속 전송하지 않아 에너지를 크게 절약한다.
연구팀은 AI 알고리즘을 작은 프로세서의 제한된 메모리에 맞추기 위해 기존 모델을 축소했다. 축소된 모델은 약 6분의 1의 전류만 사용하면서도 95.4%의 정확도를 달성했다.
다만 현재 시제품은 의료기기가 아니며, 질병 진단이나 낙상 예측 기능은 아직 없다. 연구는 23세에서 26세 사이의 건강한 성인 4명의 데이터를 기반으로 진행됐다.
니우 교수는 "현재 웨어러블 기기의 근본적인 병목 현상을 해결하고자 한다"며 "충전을 걱정할 필요 없이 스스로 에너지를 수확할 수 있는 스마트 웨어러블을 개발하고 있다"고 밝혔다.
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