웨어러블 건강 추적기는 수년에 걸쳐 더 작고, 더 똑똑해지고, 더 많은 기능을 갖추었지만 놀랍게도 여전히 지루한 상태로 남아 있습니다. 스마트워치, 가슴 스트랩, 끈끈한 ECG 패치 등 대부분의 건강 센서는 벗겨지거나 피부를 자극하거나 땀을 흘리기 시작하면 정확도가 떨어지는 부피가 큰 하드웨어에 여전히 의존하고 있습니다. 또한 플라스틱 웨어러블/추적기에서 의류로 기술이 전환되고 있으며, 의류도 동일한 기능을 수행하는 것으로 보입니다. 하지만 오늘은 그런 이야기가 아닙니다.
Penn State의 연구원들은 훨씬 더 우아한 해결책을 찾았다고 생각합니다. 다른 센서를 피부에 붙이는 대신 단순히 하나를 페인트하는 것은 어떨까요?
팀은 임시 바디 페인트처럼 피부에 직접 바르면 거의 모든 디자인을 작동하는 건강 모니터로 탈바꿈시킬 수 있는 전도성 잉크를 개발했습니다. 다채로운 문신은 보기에 더 재미있을 뿐만 아니라 심장, 근육 및 뇌의 전기 활동을 매우 정확하게 추적할 수도 있습니다. 이번 연구는 미국국립과학원회보(PNAS)에 게재됐다.
의료용 센서처럼 작동하는 문신
이 기술은 페이스 페인트와 매우 유사하게 작용하는 특별히 제조된 수성 전도성 잉크를 중심으로 진행됩니다. 젖은 상태에서는 접착제 같은 질감을 가집니다. 피부에 바르면 10분 이내에 건조되며 헤어드라이어를 사용하면 더 빨리 건조되며 신체의 전기 신호를 읽을 수 있는 기능성 전극이 됩니다.
기존 웨어러블 센서와 달리 이 전극은 공장에서 제작되어 신체에 부착되지 않습니다. 그들은 당신의 피부에 직접 생성됩니다.
겉보기에 단순해 보이는 이 차이점은 오늘날 웨어러블 의료 센서의 가장 큰 문제 중 하나를 해결합니다. 기존 전극은 특히 털이 많거나 땀이 많은 피부에서 피부와 센서 사이에 아주 작은 공극을 남기는 경우가 많습니다. 이러한 격차는 신호 품질을 저하시키고 이동 중에 판독값을 신뢰할 수 없게 만들 수 있습니다. 전극을 피부에 직접 페인팅함으로써 전도성 잉크가 모든 윤곽에 맞춰져 접촉 및 신호 정확도가 크게 향상됩니다.
연구진은 문신이 심장 활동을 모니터링하기 위한 ECG 신호, 뇌 활동을 위한 EEG 신호, 근육 수축을 측정하는 EMG 신호를 지속적으로 기록할 수 있음을 입증했습니다. 한 시연에서 팀은 참가자의 팔뚝에서 나오는 근육 신호를 사용하여 로봇 의수를 무선으로 제어하기도 했습니다. 또한 문신은 운동 중에도 부착된 상태로 유지되었으며 일상 활동을 포함하는 12시간 테스트 동안 정확한 심장 활동을 계속 기록했습니다.
의료용 웨어러블은 의료용처럼 보일 필요가 없습니다.
아마도 프로젝트에서 가장 예상치 못한 부분은 센서가 전혀 임상적으로 보이도록 설계되지 않았다는 것입니다. 잉크는 거의 투명하지만 일반 식용 색소와 혼합하여 사용자가 원하는 거의 모든 디자인을 만들 수 있습니다. 연구자들은 기존 의료용 패치를 착용하는 대신 피부에 만화 캐릭터나 슈퍼히어로 로고를 칠할 것을 제안하기도 합니다.
이는 의료 기술을 덜 위협적으로 만드는 영리한 방법입니다. 특히 병원 방문 중에 사용되는 접착 전극을 종종 싫어하는 어린이의 경우 더욱 그렇습니다. 문신 자체는 시스템의 한 부분일 뿐입니다. 칠해진 전극의 작은 부분은 전도성 직물처럼 작용하는 신축성 있는 은색 직물에 연결되어 옷 안에 착용하는 재사용 가능한 전자 모듈에 무선으로 연결됩니다. 해당 모듈은 Bluetooth를 통해 컴퓨터로 데이터를 전송합니다.
전극 소재 자체는 놀라울 정도로 내구성이 뛰어납니다. 다공성 구조 덕분에 원래 크기의 150% 이상으로 늘어날 수 있으며, 피부 아래에 갇히지 않고 땀과 수분을 통과시킵니다. 이는 편안함을 향상시킬 뿐만 아니라 장기간 착용 시 자극을 방지하는 데에도 도움이 됩니다.
더 이상 필요하지 않은 문신은 물로 간단히 씻어낼 수 있습니다. 그런 다음 몇 분 안에 다른 모듈을 칠할 수 있으며, 더 비싼 전자 모듈은 계속 재사용됩니다. 연구원들은 이미 이 기술에 대한 임시 특허를 제출했으며 그 잠재력이 웨어러블 건강 추적을 훨씬 넘어서는 것으로 믿고 있습니다. 향후 버전에서는 포도당이나 코티솔과 같은 바이오마커를 모니터링하여 보다 발전된 지속적인 건강 모니터링의 문을 열 수 있습니다. 팀은 또한 유사한 페인트 센서가 일반 식물을 환경 화학 물질을 감지하고 자신의 건강에 대해 보고할 수 있는 “스마트 식물”로 변환할 수 있는 농업 분야의 응용 프로그램을 탐색하고 있습니다.
그것은 거의 미래 지향적으로 들립니다. 신체를 모니터링하고 로봇 손을 제어하며 작업이 끝나면 사라지는 문신입니다. 그러나 이것이 바로 Penn State의 엔지니어들이 한 번에 한 번의 붓놀림으로 그리려고 하는 미래입니다.
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