외부 전력이나 구동 장치 없이도 땀을 자동으로 수집하고 생체 신호를 분석할 수 있는 웨어러블(착용형) 센서가 개발됐다. 극소량의 땀만으로도 건강 상태와 신체 움직임을 동시에 감지할 수 있어 차세대 건강 관리 기술로 활용이 기대된다.
15일 대구경북과학기술원(DGIST) 로봇및기계전자공학과 김봉훈 교수 연구팀은 땀을 자동으로 모아 생체 정보를 동시에 분석할 수 있는 반도체 섬유 기반 웨어러블 센서를 개발했다고 밝혔다. 이번 연구·개발에는 김장환 아주대 교수, 정하욱 고려대 교수, 김진태 포스텍(POSTECH) 교수도 참여했다.
기존 웨어러블 땀 센서는 땀 유도를 위해 외부 자극이나 미세유로(미세한 관) 구조를 사용해 피부 밀착이 불안정하고, 극소량의 땀을 안정성 있게 확보하는 데 한계가 있었다.
연구팀은 이황화 몰리브덴(MoS₂)과 고분자 소재(PLA)를 결합한 다공성 복합 섬유를 적용해 이를 해결했다. 이 섬유는 모세관 현상을 통해 이송장치(펌프)나 전력 없이도 땀을 자연스럽게 흡수해 센서로 전달하며, 단열 효과를 내 작은 양의 땀이 마르지 않도록 유지한다.
이 센서는 단일 섬유만으로 땀 성분 분석과 신체 움직임 감지를 동시에 수행하는 ‘멀티모달 센싱'(다중 신호 동시 감지) 기능을 구현했다. 전해질과 대사 물질의 전기적 반응 차이를 활용해 생체 정보를 구분하고, 압력 변화로 움직임까지 감지한다. 마이크로리터(μL) 수준의 극소량의 땀에도 원활히 작동하는 것을 확인했다.
김봉훈 교수는 “섬유 자체가 땀을 수집하고 분석하는 기능을 동시에 수행하도록 설계된 것이 핵심”이라며 “개인 맞춤형 헬스케어와 질환 조기 진단 등에 활용될 수 있을 것”이라고 말했다.
이번 연구는 보건복지부 한국형 ‘아르파에이치(Advanced Research Projects Agency for Health·ARPA-H)’ 사업, 한국연구재단 글로벌 생체융합 인터페이싱 선도연구센터(ERC) 등의 지원을 받았다. 연구 결과는 나노·소재 분야 국제 저명 학술지인 ‘스몰 스트럭처(Small Structures)’ 3월 호 표지 논문으로 선정됐다.
김봉훈 DGIST 교수 연구팀이 개발한 2차원 나노소재 기반 반도체 복합 섬유 땀 센서 구조 모식도. DGIST 제공
[한국일보]
