DGIST(총장 신성철)는 로봇공학전공 장경인 교수 연구팀이 미국 일리노이대학교 존 로져스 교수 연구팀과의 공동연구를 통해 사물인터넷(IoT) 기기에 부착할 수 있는 생체신호 측정용 전극을 개발했다고 17일(목) 밝혔다.

연구팀이 개발한 생체신호 측정용 전극은 간편하게 건강진단용 사물인터넷 기기에 탑재할 수 있어 별도의 분석 및 계측 장비 없이 사람의 활동에 제약을 주지 않고 뇌파, 심전도 등의 생체신호를 측정할 수 있다.

기존의 하이드로젤(hydrogel) 기반 전극 물질은 흐물흐물한 젤 형태로 사물인터넷 기기에 탈부착하기가 힘들어 외부의 분석 및 계측 장치와 연결해 생체신호를 분석해왔다. 또한, 피부에 습식 접착하기 때문에 장시간 사용할 경우 공기 중에서 전극이 건조돼 전극의 특성이 변질되거나 성능이 저하되는 단점이 있었다.

이에 비해 장경인 교수 연구팀이 개발한 전극은 건강진단용 사물인터넷 기기의 부품처럼 쉽게 연동이 가능하고, 폴리머 및 금속재료로만 구성돼 있어 공기 중에서 건조될 염려가 없다는 것이 장점이다.

연구팀이 개발한 생체신호 측정용 전극은 자성 물질에 부드럽고 접착력이 있는 폴리머가 혼합된 복합 재료와 이를 감싸는 전도성 전극재로 구성된다. 전도성 전극재는 피부에 닿는 밑면과 사물인터넷의 전극에 닿는 윗면을 전기적으로 연결하고 있다.

자기장에 반응하는 이러한 구조의 전극은 사물인터넷 기기에 장착된 자석과 전극 사이에 발생하는 인력을 이용해 쉽게 탈부착할 수 있으며, 전도성 전극재가 피부와 사물인터넷의 전극 부분을 연결해 피부에서 발생하는 전기신호를 건강진단용 사물인터넷에 직접 전달할 수 있다.

생체신호 측정용 전극은 사물인터넷 플랫폼을 이용해 피부에서 발생하는 생체전기신호를 손실이나 노이즈 없이 측정할 수 있어 신체의 전기적 신호뿐만 아니라 몸의 온도 변화, 피부 변화, 체내 이온 농도 변화 등 다양한 형태의 생체신호 분석이 가능해 의료 및 헬스케어 분야에 응용할 수 있을 것으로 기대된다.연구팀은 전극을 부착한 사물인터넷 기기를 사람의 신체 다양한 부위의 피부에 붙이는 실험을 통해 착용자의 뇌파, 심전도, 안구의 움직임, 팔과 다리 근육의 활동량 등을 장시간 동안 저장 및 분석하는데 성공했다.

생체신호 측정용 전극은 사물인터넷 플랫폼을 이용해 피부에서 발생하는 생체전기신호를 손실이나 노이즈 없이 측정할 수 있어 신체의 전기적 신호뿐만 아니라 몸의 온도 변화, 피부 변화, 체내 이온 농도 변화 등 다양한 형태의 생체신호 분석이 가능해 의료 및 헬스케어 분야에 응용할 수 있을 것으로 기대된다.

DGIST 로봇공학전공 장경인 교수는 “첨단 복합재료를 이용한 생체전극 기술을 사물인터넷 플랫폼과 결합해 언제 어디서나 사람의 건강 상태를 진단할 수 있는 원천기술을 확보했다”며 “당뇨, 불면증, 간질 등 지속적으로 건강 진단이 필요한 질병에 활용하고, 도서산간 지역과 같은 의료취약 지역의 사람들이 활용할 수 있도록 후속 연구를 진행할 것”이라고 말했다.

한편, 이번 연구 성과는 재료공학 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials)’ 10월 25일자 내부 표지논문으로 게재됐다.