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김윤성
김윤성(Yun‐Soung Kim) 저자 이메일 보기
Georgia Institute of Technology
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All-in-One, Wireless, Stretchable Hybrid Electronics for Smart, Connected, and Ambulatory Physiological Monitoring

1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명, 연구과정에서 생긴 에피소드

Apple Watch나 Fitbit를 착용하는 것이 자연스러운 일상이 되었듯이 웨어러블 디바이스는 우리에게 가깝게 다가와있습니다. 동시에 손목에 착용 가능한 소형 웨어러블이 10년 전에는 개발 할 수 없었지만 지금은 다양한 분야의 기술발전을 통해 양산이 가능해진 것처럼 10년 후의 웨어러블은 현재 연구되고있는 분야의 융합적인 모습으로 우리에게 다가올 것입니다. 본 논문에서 소개된 stretchable hybrid electronics (SHE) 는 이러한 기술적인 트렌드의 최신 동향을 축약적으로 보여주는 플랫폼인 동시에 딱딱한 웨어러블이 어떠한 소재와 기술을 통해 피부에 편안하고 안전하게 결합할 수 있는지를 보여줍니다.

저희 연구팀은 soft materials, 박막형 회로, 소형 integrated circuits을 통해서 실시간으로 그리고 장기적으로 심전도, 맥박, 호흡, 그리고 움직임을 측정할 수 있는 웨어러블을 개발했습니다. 이 연구의 동기는 장기적으로 심전도를 측정하는 방법이 어린아이들과 신생아들의 피부와 건강에 좋지 않을 뿐더러 심한 경우에는 부상과 사망까지 결과할 수 있다는 현실이었습니다. 더 나아가 외래환자들에게는 무겁고 투박한 Holter monitor라는 측정장비를 하루 이상 몸에 지니게하는데 이 경우 일상생활의 불편함은 물론 씻기도 힘들어서 위생적인 문제에도 취약합니다. 소개된 SHE는 피부의 영향을 최소화 하며 conductive gels, adhesives, abrasives 등을 사용하지 않으면서도 피부와 안전하게 그리고 완전하게 결합할 수 있는 부드러운 전극을 사용하는 방법으로 심전도를 측정합니다. SHE는 얇고 늘어나기때문에 사용자가 불편함 없이 일상생활 할 수 있으면 운동도 할 수 있습니다. 또한 많은 양의 clinical ECG database와 사용자의 심전도자료를 기반으로 한 기계학습적 알고리즘을 통해 사용자의 비 정상적 파형을 실시간으로 구분할 수 있습니다. 비슷한 기계학습 방법으로 사용자의 움직임을 유추함으로써 SHE는 다각적인 방법으로 사용자와 의료진에게 새로운 관찰의 tool로 적용될 수 있습니다.

이처럼 소개되고있는 SHE는 미래의 웨어러블이 우리에게 어떤 모양으로 다가올지 보여주는 예고편이라고 생각됩니다. 현존하는 딱딱한 electronic platform이 시계나 안경 등 신체부위에 걸쳐지는 방법이 다소 제한적이고 종종 부정확한 건강정보를 측정하는 현재이지만 SHE가 보여주는 것처럼 사람의 몸과 더 완벽하게 결합하는 부드럽고 늘어나는 hybrid platform은 앞으로 더 높은 품질의 다양한 건강정보를 제공하게 될 것입니다.

2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁 드립니다.

저는 Georgia Institute of Technology의 기계과에 속해있는 Bio-Interfaced Translational Nanoengineering Group에서 여운홍 교수님의 지도하에 연구하고 있습니다. 저희 연구가 융합적인 것처럼, 저희 연구실도 다양한 분야의 연구자들이 함께 활발하게 교류하며 하나의 팀으로써 일하고 있습니다. 실제로 microfabrication 부터 machine-learning 까지 end-to-end solution 을 실현할 수 있는 연구실로써 매일 많은 것을 경험할 수 있고 배울 수 있는 기회가 많은 연구실입니다. 본 논문에서 다뤄진 SHE와 같이 혁신적인 제작방법과 재료를 융합하여 다양한 next generation wearable/implantable 기기들을 연구개발 및 임상실험 하고있습니다. 저희 연구실 홈페이지 (https://sites.google.com/view/yeogroup/home) 를 방문하시면 더 자세한 정보를 보실 수 있습니다.

 

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3. 연구활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람

저희가 개발하는 디바이스는 비교적 짧은시간 안에 피부와 와닿는 결과를 보여줍니다. 예를들어 SHE를 기반으로 한 심전도 디바이스는 현재 아틀란타에 소재한 Children’s Healthcare of Atlanta의 신생아 집중 치료시설에서 임상테스트가 진행되고 있습니다. 성공적이라면 작은 패치하나가 아이의 피부에 유해한 전극과 접착제, 또 무겁고 거추장스러운 케이블들과 그것을 고정하기 위한 테이프를 대체할 수 있게됩니다. 이와같이 환자들의 치료환경과 결과를 향상하는것이 저의 연구 동기이자 보람입니다.

4. 연구활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?

본 논문에서 소개된 SHE와 유사한 웨어러블 플랫폼을 소형화해서 쥐와 같은 작은 동물을 장시간 관찰 할 수 있는 센서를 제작하고 있습니다. 그리고 stretchable electronics 의 에너지 효율성을 최적하해서 소형배터리를 이용해도 장시간 사용이 가능하게 노력하고 있습니다. 마지막으로 SHE 디바이스를 상용화 하는데 가장 중요한 제작비용과 수율을 높이는 경제적인 제작방법을 additive manufacturing process 를 사용해 진행하고 있습니다.

 등록일 2019-08-12
Category: Physiology, Nanobio
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