“땀 한방울만 있으면” 배터리도 필요없다…생체신호 측정 ‘웨어러블 섬유’ 등장

- DGIST 김봉훈 교수팀, 스마트 섬유형 센서 구현

이번 연구를 수행한 공동연구진.[DGIST 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] “극소량의 땀만 있으면 펌프나 배터리도 필요없다.”

DGIST(대구경북과학기술원) 로봇및기계전자공학과 김봉훈 교수 연구팀이 외부 구동 장치 없이도 땀을 자동으로 수집하고, 다양한 생체 신호를 동시에 분석할 수 있는 반도체 섬유 기반의 웨어러블 땀 센서를 개발했다.

땀은 전해질과 대사물질 등 다양한 생체 정보를 포함하고 있어 건강 상태를 실시간으로 파악할 수 있는 유용한 지표다. 하지만 기존 웨어러블 땀 센서는 미세유로(미세한 관) 구조를 쓰거나 외부 자극을 통해 땀을 억지로 유도하는 방식으로, 피부와의 접촉이 불안정하고 아주 적은 양의 땀을 안정적으로 모으기 어려웠다.

연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 2차원 나노 소재인 이황화 몰리브덴(MoS2)과 고분자 소재(PLA)를 결합한 특수 복합 섬유를 개발했다. 이 섬유는 내부에 미세한 구멍이 많은 다공성 구조를 지녀, 식물의 뿌리가 물을 빨아들이는 것과 같은 ‘모세관 현상’을 통해 별도의 펌프나 전력 없이도 땀을 자연스럽게 흡수하고 센서로 전달한다. 또한 섬유 자체의 단열 효과로 피부와 센서 사이의 열 손실을 막아 미량의 땀도 마르지 않게 유지하며 분석할 수 있다.

특히 이번에 개발된 센서는 실 한 가닥(단일 섬유)에서 땀 속 성분과 신체의 움직임까지 한 번에 읽어내는 ‘멀티모달 센싱’ 기능을 구현했다. 압력에 따라 전기적 성질이 변하는 특성을 더해 신체의 움직임도 함께 감지하며, 마이크로리터(μL, 100만분의 1리터) 수준의 극소량 땀만으로도 안정적으로 작동함을 입증했다.

김봉훈 교수는 “이번 연구는 섬유 자체가 땀을 수집하고 분석하는 기능을 동시에 수행하도록 설계된 것이 핵심”이라며 “향후 개인 맞춤형 헬스케어와 스포츠 모니터링은 물론, 환자의 실시간 생체 상태 추적과 질환 조기 진단 플랫폼으로 널리 확장될 것”이라고 밝혔다.

이번 연구결과는 나노·소재 분야 국제학술지 ‘Small Structures’ 3월호 표지 논문으로 선정됐다.