웨어러블 기술을 활용한 호흡 모니터링 혁신
KAIST 연구진이 실시간으로 호흡을 모니터링할 수 있는 초저전력 이산화탄소(CO₂) 센서를 개발했다. 기존 센서의 한계를 극복한 이 기술은 마스크 내부에 부착해 착용자의 호흡 패턴을 정밀하게 감지할 수 있어 수면 무호흡증을 비롯한 다양한 호흡 질환의 조기 진단에 기여할 것으로 기대된다.
기존 센서의 한계 극복…저전력·고안정성 구현
KAIST 전기및전자공학부 유승협 교수 연구팀은 유연하고 얇은 유기 포토다이오드를 활용해 기존 센서의 크기와 전력 소비 문제를 해결했다. 기존 비침습적 이산화탄소 센서는 부피가 크고 전력 소비가 많아 장시간 사용이 어려웠다. 특히 형광 염료 기반 센서는 소형화에 유리하지만, 염료의 광 열화 현상으로 인해 장시간 안정적인 측정이 어려웠다.연구팀은 LED와 이를 감싸는 유기 포토다이오드를 활용한 새로운 방식의 센서를 개발해 이 같은 문제를 해결했다. 연구 결과, 기존 센서가 수 mW의 전력을 소모하는 데 비해 이번에 개발된 센서는 단 171μW 수준의 초저전력을 달성했다. 또한, 기존 기술이 20분 이내의 사용 제한이 있는 반면, 새롭게 개발된 센서는 최대 9시간까지 안정적인 연속 측정이 가능하다.
실시간 호흡 감지…수면 무호흡증 조기 진단 기대
연구팀이 개발한 센서는 마스크 내부에 부착해 실시간으로 착용자의 들숨과 날숨을 구별하며, 높은 해상도로 호흡수를 모니터링할 수 있다. 이를 통해 수면 무호흡증과 같은 호흡 장애를 조기에 감지할 수 있으며, 만성 폐쇄성 폐질환(COPD)과 과탄산증과 같은 호흡기 질환 진단에도 활용될 수 있다.유승협 교수는 “이번 기술은 저전력, 고안정성, 유연성과 같은 특성을 갖춰 다양한 웨어러블 기기에 적용될 수 있다”며 “특히 분진이 많은 작업 현장이나 장시간 마스크 착용이 필요한 환경에서 유용하게 활용될 것”이라고 말했다.
이번 연구는 산업통상자원부 소재부품기술개발사업, 한국연구재단 원천기술개발사업, KAIST 학부생 연구참여 프로젝트(URP) 프로그램의 지원을 받아 수행됐으며, 연구 결과는 국제 학술지 Device 온라인판에 게재됐다
