[오늘의 과학자]몸에 붙이는 '생체신호 측정 스티커' 개발

KAIST 유회준·유승협 교수 주도…심전도·근전도·산소 포화도 48시간 이상 지속 측정

반도체 칩과 유기광전 소자 결합 하이브리드 스마트 스티커 센서/사진=KAIST

신체 모든 부위에 손쉽게 부착이 가능한 '생체신호 측정 스마트 스티커 센서'가 개발됐다.

카이스트(KAIST)는 전기 및 전자공학과 유회준 교수와 유승협 교수, 이용수 박사과정, 이현우 석사과정으로 이뤄진 공동연구팀이 심전도·근전도·산소 포화도 등을 측정할 수 있는 '초저전력 스티커 센서'를 개발했다고 4일 밝혔다.

스마트 스티커 센서는 길이 55mm, 너비 25mm의 직사각형 페트 필름에 센서, 처리기, 무선송수신기 기능을 집적한 초저전력 시모스 단일칩시스템(CMOS SoC)을 부착한 형태이다.

연구팀은 적색, 녹색의 OLED(유기발광다이오드)와 OPD(유기광센서)로 구성된 유기광전소자를 사용해 전력 소모를 크게 줄였다.

산소 포화도 측정에는 녹색, 적색 광원이 동시에 필요한 데 녹색 파장대역에서 효율이 낮은 기존 발광다이오드와 달리, OLED는 두 색의 파장대역 모두에서 고르게 높은 양자효율을 보인다. 동시에 광손실이 적도록 인체에 밀착 가능한 유연함을 가져 적은 구동 전류로 충분한 신호를 확보한다.

연구팀은 기존 기기들이 블루투스 통신으로 데이터를 전송하는 것과 달리 전도성이 존재하는 인체를 통신매질로 이용했다.

(왼쪽부터)유회준, 유승협 교수/사진=KAIST

유회준 교수는 "고속 저전력 전송이 가능한 인체매질통신 기술을 실현해 무거운 외부 소자 없이 초저전력으로 데이터 통신이 가능하다"고 설명했다.

또 기존 기기들이 개인차나 부위에 상관없이 항상 최대의 빛을 방출하는 것에 비해 스마트 스티커 센서는 자동으로 수신부의 빛 양을 모니터링해 상황에 맞춰 빛을 조절한다. 이를 통해 주변 빛이나 동작에 따른 신호 잡음을 효과적으로 제거한다.


아울러 유기광전소자 특성상 빛의 밝기가 시간의 흐름에 따라 서서히 감소할 수 있지만, 이 스티커 센서는 일정한 빛이 나오도록 제어해 장기간 일정한 밝기를 유지할 수 있다.

스마트 스티커 센서는 총 200μW(마이크로와트) 미만의 초저전력으로 구동 가능해 기존 기기의 수~수십 mW(밀리와트)에 비해 매우 적은 전력 소비량을 보였다. 또 동전 배터리 포함 약 2g의 무게로 피부에 완벽히 부착이 가능해 48시간 이상 지속적으로 생체신호를 측정할 수 있다.