대구경북과학기술원(DGIST) 연구팀이 외부 구동 장치 없이 극소량의 땀으로 생체 신호를 분석하는 반도체 섬유 기반 웨어러블 땀 센서를 개발했다. 이 센서는 특수 복합 섬유를 활용해 적은 양의 땀으로도 안정적으로 작동하며, 차세대 건강관리 분야에 활용될 전망이다.

대구경북과학기술원(DGIST) 로봇 및 기계 전자공학과 김봉훈 교수 연구팀이 아주대 김장환 교수, 고려대 정하욱 교수, 포항공대(POSTECH) 김진태 교수와 공동으로 외부 구동 장치 없이도 극소량의 땀을 수집해 생체 신호를 분석할 수 있는 반도체 섬유 기반 '웨어러블(착용 가능) 땀 센서'를 개발했다고 4월 15일 밝혔다. 이 연구 결과는 매우 적은 양의 땀으로도 생체 상태를 실시간으로 파악할 수 있어 차세대 건강관리 분야에 폭넓게 활용될 것으로 기대된다.

▲ 웨어러블 땀 센서의 한계 극복

땀은 전해질과 대사물질 등 다양한 생체 정보를 함유하고 있어 개인의 건강 상태를 실시간으로 파악하는 데 매우 유용한 지표로 주목받아 왔다. 그러나 기존 웨어러블 땀 센서는 전력 등 외부 자극을 통해 땀 분비를 유도하는 방식을 주로 사용해왔다. 이러한 방식은 피부와의 접촉 안정성이 떨어지고, 극소량의 땀을 안정적으로 모으는 데 근본적인 한계가 있었다. 또한, 외부 에너지원이나 구동 장치가 필요해 착용의 편의성에도 제약이 있었다.

▲ 특수 복합 섬유의 기능과 성능

연구팀은 이러한 기존 센서의 한계를 극복하기 위해 2차원 나노 소재인 이황화 몰리브덴과 생분해성 고분자 소재인 PLA(Poly Lactic Acid)를 결합한 특수 복합 섬유를 센서에 적용하는 혁신적인 방법을 고안했다. 이 복합 섬유는 내부에 미세한 구멍이 매우 많은 다공성 구조를 특징으로 한다. 이 구조는 매우 적은 양의 땀이라도 자연스럽게 흡수하여 센서로 효과적으로 전달하는 역할을 한다. 더 나아가, 섬유 자체의 뛰어난 단열 효과는 센서와 피부 사이의 열 손실을 최소화한다. 이로 인해 미량의 땀이 증발하는 것을 방지하고, 센서가 안정적으로 작동할 수 있도록 돕는다. 이러한 기술적 진보 덕분에 이번에 개발된 센서는 마이크로리터(㎕, 1㎕는 100만분의 1ℓ) 수준의 극소량 땀만으로도 안정적인 성능을 발휘하는 것이 실험을 통해 확인되었다.

뿐만 아니라, 개발된 센서는 땀 성분 분석이라는 기존의 기능에 더해 신체 움직임을 감지하는 기능까지 동시에 수행하는 '멀티모달(다중양식) 센싱' 기능을 갖추고 있다. 이는 단일 센서로 두 가지 이상의 정보를 수집할 수 있어 데이터의 활용도를 높인다.

▲ 차세대 건강관리 분야 활용 기대

DGIST 로봇 및 기계 전자공학과 김봉훈 교수는 "이번 연구의 핵심은 섬유 자체가 땀을 수집하는 기능과 동시에 분석하는 기능을 수행하도록 설계되었다는 점"이라고 강조했다. 그는 이어 "이러한 기술은 개인 맞춤형 헬스케어 서비스뿐만 아니라, 스포츠 활동 중 선수의 경기력 모니터링, 환자의 실시간 생체 상태 추적, 나아가 질병의 조기 진단을 위한 플랫폼으로도 충분히 활용될 수 있을 것"이라며 향후 응용 가능성에 대한 기대감을 나타냈다. 이 연구는 4월 15일 논문으로 발표되었다.