포항공대 연구팀, 인체 거부 없는 전극 개발… ”스마트워치에 활용“

국내 연구진이 사용자가 신체에 부착해 데이터를 수집하는 웨어러블(착용) 기기에 활용할 수 있는 전극을 개발했다.

포항공대(POSTECH)는 기계공학과 임근배 교수, 이중호·윤가은 박사 연구팀과 박성민 교수, 김철홍 교수가 ‘진피형 바이오 전극’을 개발했다고 17일 밝혔다.

진피형 바이오 전극은 통증과 염증 문제를 최소화하면서 외부 환경 영향을 받지 않고 안정적으로 생체신호를 측정할 수 있다.

연구팀은 스마트워치와 같은 착용 기기가 일상 속 건강 관리 도구로 자리 잡았지만, 구조적 한계를 안고 있다는 점에 주목했다.

피부 표면에 붙이는 ‘표피형 전극’은 사용이 간편하지만 땀이나 건조함, 움직임 등 영향으로 신호가 쉽게 불안정해진다.

피부에 삽입하는 ‘미세침 전극’은 신호 정확도가 높지만 단단한 구조로 조직 자극과 염증 반응을 일으킬 수 있다.

이에 연구팀은 알루미늄이 비행기와 같은 단단한 구조물과 주방에서 흔히 쓰는 얇은 포일로 사용되는 것처럼 같은 소재도 구조에 따라 전혀 다른 물성을 가질 수 있다는 원리에 주목했다.

그 결과 극유연성 생체 소재의 초소형 정밀 가공과 발포성 구조 변환 설계를 통해 진피형 바이오 전극을 만들었다.

이 전극은 피부 각질층에 삽입할 때는 바늘처럼 단단한 상태로 통과하고 진피층에 도달하면 스스로 부드러운 구조로 변한다.

연구팀은 동물 모델과 사람을 대상으로 한 실험에서 장기간 삽입 상태에서도 조직 손상이나 면역 거부 반응이 거의 발생하지 않는다는 점을 확인했다.

진피층에 안정적으로 자리 잡은 전극은 외부 환경 변화에 영향을 받지 않아 땀이나 탈수 상태, 장시간 착용 조건에서도 신호 정확도를 안정적으로 유지했다.

이번 연구 결과는 최근 생체재료 분야 국제학술지인 ‘어드밴스트 머티리얼스’ 표지 논문으로 실렸다.

연구를 진두지휘한 임근배 교수는 “이 기술은 의료 진단 기기뿐만 아니라 생체 데이터를 정밀하게 수집해 인공지능(AI)과 결합하는 차세대 ‘피지컬 AI’ 기술로도 확장할 수 있다”고 말했다.

조선비즈