광운대 하태준 교수 연구팀, 모바일 호흡 모니터링위한 고감도 웨어러블 습도 센서 개발

(좌측부터) 석사 과정 김명현, 하태준 교수, 석박사 통합과정 박상준

광운대학교 하태준 교수(전자재료공학과) 연구팀은 친수성 polyvinylpyrrolidone (PVP)를 합성하고 다중벽 탄소 나노튜브 (Multi-walled carbon nanotube, MWCNT) 기반 유연 전극을 결합하여 정전 용량 방식의 고감도 웨어러블 습도 센서를 개발하는데 성공하였다.

이번 연구 결과는 Elsevier에서 발행하는 화학 센서 분야에서 최상위 국제 학술지인 Sensors and Actuators B: Chemical (IF : 8.4, JIF ranking: 99.2%) 에 All-printed wearable humidity sensor with hydrophilic polyvinylpyrrolidone film for mobile respiration monitoring 제목으로 게재되었다.

최근, 혈압, 호흡, 체온과 같은 신체의 생리학적인 정보를 실시간으로 제공하기 위해 웨어러블 기술이 융합된 유연 생체 센서에 관한 연구가 많은 관심을 얻고 있다. 그 중 고감도 습도 센서는 사람이 호흡하는 동안 습도를 실시간으로 분석함으로써 신체의 물리적 움직임 상태 및 건강과 관련된 생체 정보를 모니터링 할 수 있다는 점에서 많은 주목을 받고 있다.

그러나, 기존의 정전 용량 방식의 습도 센서는 외력이 가해지고 있는 상태에서 정확하고 신뢰할 수 있는 분석 데이터를 얻는 것이 용이하지 않을 뿐만 아니라 개별 소자 단위에서의 연구가 중심이라는 점에서 한계를 가지고 있다.

이에 하태준 교수 (전자재료공학과) 연구팀은 호기 내 포함되어 있는 습도 감지를 위해 최적화된 합성 조건을 기반으로 친수성 PVP를 제조하고, MWCNT 기반 유연 전극을 bar-printing 방식을 통해 증착하여 45oC, 60%의 변형률 상태에서 20000번의 반복 굽힘에도 높은 분석 정확도를 가지는 고성능 웨어러블 습도 센서를 개발하였다. 개발된 웨어러블 습도 센서는 상대 습도 40-90% 범위에서 3.0±0.15nF/RH%·cm2의 높은 감지 응답과 6.4±0.1pF/%RH의 민감도를 보여주었다.

더 나아가, 사용자의 모바일 인터페이스와 결합하여 무선 통신 기반 실시간 호흡 모니터링 시스템을 구현함으로써 사용자의 운동 상태에 따른 호흡 내 습도 변화를 실시간으로 감지하고 데이터를 전송하는데 성공하였다.

한편, 이번 연구는 본교 하태준 교수 연구팀 단독 연구로 진행되었으며, 미래창조과학부가 주관하는 한국연구재단 중견연구지원 사업으로 수행되었다. 또한, 기능성 재료 기반 유연 센서 융복합 기술과 관련된 호흡 모니터링 시스템 특허 출원을 완료하였다.

온라인 중앙일보