[사이언스샷] 의사·조종사의 극한 스트레스, 전자 문신이 알아준다

센서·전극·전지 갖춘 판박이形 전자피부
뇌파, 안구전도도 기기 대신 정신 부담 감지
과로, 스트레스 경고하고 AI나 동료에 업무 조정

정신적 업무량을 실시간으로 추적하는 전자 문신(e-tattoo)를 부착한 모습./Device

수술 중인 의사나 하늘 위의 조종사는 매번 자신의 판단에 따라 사람 목숨이 오가는 상황을 겪는다. 고공 크레인 같은 중장비를 조종하거나 재난현장에서 일하는 사람들도 마찬가지다. 이들의 정신적 스트레스가 한계를 넘어서면 큰 사고로 이어질 수 있다. 수술실이나 조종석을 나와 검사를 하고 처방받을 수 있지만, 업무 중에는 누구도 위기 상황을 이해하지 못한다.

과학자들이 일상적으로 스트레스를 겪는 사람들을 언제 어디서든 이해하는 장치를 개발했다. 얼굴에 붙이는 우표만 한 크기의 전자 문신(e-tattoo)이다. 스트레스가 위험 수위에 이르면 경고하고 인공지능(AI)이나 동료에게 작업을 넘기도록 할 수 있다. 상용화되면 늘 긴장 상태에 있는 작업자의 실수를 막고 건강을 지키는 데 도움을 줄 것으로 기대된다.

◇이마에 붙여 뇌파, 안구전도도 측정

나슈 루(Nanshu Lu) 미국 텍사스대 항공우주공학과 교수 연구진은 “조종사나 수술 의사처럼 스트레스가 많은 사람의 정신적 업무량을 자동으로 측정하는 전자 문신(e-tattoo)을 개발했다”고 30일 국제 학술지 셀지의 자매지인 ‘디바이스’에 발표했다. 논문 제1 저자는 항공공학 박사과정의 한국인 과학자 허희용 연구원이다.

스트레스가 많은 전문직은 정기적으로 정신적 작업 부하를 조사한다. 하지만 설문조사는 객관적 평가를 하기 어렵다. 뇌 신호를 측정하는 뇌파(EEG) 검사나 눈동자 움직임을 감지하는 안구전도도(EOG) 검사도 있지만, 장비가 커서 검사실을 찾아가야 하고, 검사 중에 움직이면 오류가 발생하기도 한다. 작업 중에 스트레스 수치를 측정할 수단은 없는 셈이다.

텍사스대 연구진은 전자 문신이라는 전자피부로 문제를 해결했다. 전자 피부는 몸에 달라붙어 건강 정보를 수집하고 치료까지 하는 전자소자이다. 일회용 전자 문신은 흑연 소재의 전극과 배터리가 투명한 필름에 들어있는 형태다. 이마에 있는 전극 4개가 뇌파를 감지하고 눈 주변의 안구전도도 센서는 눈동자 움직임을 감지한다.

연구진은 6명에게 전자 문신을 붙이고 시험했다. 컴퓨터 화면 곳곳에 20개 글자를 보여주고 이전 화면과 다른 부분이 어디인지 찾아보는 실험을 했다. 난도가 높을수록 센서에 감지되는 뇌파 활동이 증가했다. 정신적 스트레스를 받는다는 말이다. 연구진은 시험 결과를 인공지능(AI)에 학습시켰다.

시험 결과 전자 문신은 참가자의 정신적 안정 상태나 스트레스를 정확히 구분했다. 특히 참가자가 머리를 움직이거나 눈을 깜빡여도 정확성을 유지했다. 기존 검사 장비는 몸이 흔들리면 오류가 나기도 한다. 연구진은 “수술실이나 조종석 같은 동적 환경에서 활용할 수 있다는 의미”라고 밝혔다.

이마와 눈 주위에 붙인 전자 문신의 센서가 컴퓨터 화면에 나온 글자를 보며 기억과 계산을 할 때 뇌파와 안구전도도를 측정해 스트레스 여부를 알아낸다,/Device

◇스트레스 심하면 자동으로 AI에 업무 이전

루 교수는 전자 문신은 200달러 미만에 제작할 수 있다고 밝혔다. 현재 연구진은 전자 문신에서 나오는 신호를 컴퓨터로 해독하고 앱(app, 응용프로그램)에 전송해 작업 부하가 지나치면 경고하는 시스템을 개발 중이다. 작업을 도저히 할 수 없는 상황이면 자동으로 AI나 동료에게 업무가 넘어가도록 개발할 수도 있다. 이러면 작업자가 정신적 스트레스로 중요한 신호를 놓치거나 실수를 해 큰 사고가 발생하는 것을 막을 수 있다.

정신적 스트레스가 심하다고 무조건 작업을 줄이거나 단순화하는 것이 답은 아니다. 정신적 작업 부하가 너무 낮으면 지루해지고 집중력을 잃을 수 있다. 루 교수는 “전자 문신은 반대로 작업자가 지루해하는 상황도 감지할 수 있다”며 “이전 연구들은 정신적 작업 부하가 너무 낮거나 높지 않을 때 정신 기능이 최적이 된다는 것을 보여줬다”고 말했다.

물론 상용화까지 해결해야 할 문제도 있다. 이스라엘 텔아비브대 전기공학과의 야엘 하네인(Yael Hanein) 교수는 이날 미국전기전자공학회(IEEE)가 발간하는 스펙트럼에 “현장에 적용하려면 예측 불가능하거나 전신을 움직이는 활동에서 추가 검증을 해야 할 것으로 보인다”고 지적했다.

참고 자료

Device(2025), DOI: https://doi.org/10.1016/j.device.2025.100781

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