'안 쓸 땐 전력소비 0' 초저전력 웨어러블 시스템 개발

NRS 인장 센서 모니터링 시스템 얘시. 연세대 제공

사용하지 않을 때는 전력이 '0'이 돼 전력 소모를 줄이면서도 일상생활에서 건강 상태를 모니터링할 수 있는 '초저전력 웨어러블 헬스케어 시스템'이 개발됐다.

연세대는 김현재, 이태윤 전기전자공학과 교수 연구팀이 고신축성 전도성 섬유를 기반으로 차세대 인장 센서 기술을 개발해 재료과학 분야 국제 학술지 '어드밴스드 머트리얼즈' 온라인판에 7월 20일 게재했다고 2일 밝혔다.  

인장 센서(strain sensor)는 물체의 인장률(늘어나는 정도) 측정하는 센서로, 인체의 관절부에 접착해 적용하기 쉬워 웨어러블 헬스케어 시스템을 포함한 각종 웨어러블 기기에 사용된다. 

기존 인장 센서는 물체가 늘어남에 따라 저항이 증가하는 '양의 반응' 원리를 이용해 시스템을 가동한다. 이때 인장이 일어나지 않는 대기 상태에서도 끊임없이 전력이 소모되는 문제점이 있었다.

연구팀은 쓸모없는 전력 소모를 방지하고자 은(Ag) 나노입자를 섬유와 합성시켜 만든 고신축성 전도성 섬유에 절연막을 접합했다. 평상시에는 전기가 통하지 않는 부도체의 성질을 갖고 있다가 인장이 발생할 때 미리 설정된 절연막 층의 균열 밀도와 크기에 따라 도체의 성질을 띠게 된다. 

연구팀은 "인장이 마치 스위치와 비슷한 역할을 하는 것"이라며 "5000회 이상 반복해서 늘여도 우수한 안정성을 보였다"라고 설명했다. 그러면서 기존 '양의 반응형' 인장 센서와 반대인 '음의 반응형' 스위치 형태의 섬유형 인장 센서(NRS)라는 이름을 붙였다. 

NRS 인장 센서를 E-피트니스 팬츠, 스마트 마스크, 자세 교정용 티셔츠 등 3가지 웨어러블 헬스케어 모니터링 시스템에 실제로 적용해보니 각 시스템의 전체 소비전력을 최대 약 80%까지 줄일 수 있었다.

연구팀은 "기존에 없었던 새로운 인장 감지 방법을 통해 대기 전력 소모가 ‘0’에 가까운 웨어러블 헬스케어 모니터링 시스템 구현의 토대를 마련했다"며 "기기의 사용 수명을 대폭 연장시킴과 동시에, 일상적인 운동이나 움직임에 대한 정확한 감지 메커니즘을 제공할 수 있다"라고 의의를 밝혔다. 

연세대 연구팀. (왼쪽부터) 민원경, 원치형, 이태윤 교수, 김현재 교수. 연세대 제공

[박건희 기자 wissen@donga.com]