포항공대 연구팀, 조직 손상 없는 ‘진피형 바이오 전극’ 개발…생체신호 정밀 측정

[산업일보]
국내 연구진이 인체 거부 반응을 획기적으로 줄이면서도 정밀한 생체신호 측정이 가능한 전극 기술을 개발했다. 이는 웨어러블 기기의 성능을 높이면서도 착용감을 개선할 수 있는 원천 기술을 확보한 것으로 평가받는다.

포항공과대학교(POSTECH·포스텍) 기계공학과 임근배 교수·이중호 박사·윤가은 박사 연구팀은 박성민 교수, 김철홍 교수팀과 공동으로 통증과 염증 문제를 해결한 ‘진피형 바이오 전극(Dermal electronics)’을 개발했다고 17일 밝혔다.

현재 상용화된 웨어러블 전극은 피부 표면에 부착하는 '표피형'과 피부 안으로 삽입하는 '미세침' 방식으로 나뉜다. 표피형 전극은 간편하지만 땀이나 움직임 등 외부 환경에 취약해 신호가 불안정하다.

반면 미세침 전극은 정확도는 높으나 소재의 딱딱함 때문에 피부 조직에 자극을 주고 염증을 유발하는 단점이 있었다.

연구팀은 동일한 소재라도 구조에 따라 물성이 달라질 수 있다는 원리에 착안해 초소형 정밀 가공과 발포성 구조 변환 설계를 적용했다. 개발된 전극은 피부 각질층을 통과할 때는 바늘처럼 단단한 상태를 유지하지만, 진피층에 도달하면 수 초 내에 부드러운 구조로 스스로 변한다.

이러한 메커니즘은 장시간 착용 시 주변 세포에 가해지는 기계적 자극을 최소화한다. 실험 결과, 땀이나 탈수 등 극한의 환경에서도 일관된 측정 정확도를 유지했으며 조직 손상이나 면역 거부 반응도 거의 나타나지 않았다.

연구팀은 이번 기술이 단순한 의료 진단 기기를 넘어 차세대 산업 전반에 기여할 것으로 보고 있다. 정밀하게 수집된 생체 데이터를 인공지능과 결합하면 고도화된 헬스케어 서비스가 가능해지기 때문이다.

임근배 교수는 “이 기술은 의료 진단 기기뿐만 아니라 생체 데이터를 정밀하게 수집해 인공지능(AI)과 결합하는 차세대 '피지컬 AI' 기술로도 확장할 수 있다”고 말했다.

이번 연구 결과는 생체재료 분야 국제학술지인 ‘어드밴스트 머티리얼스(Advanced Materials)’ 표지 논문으로 게재됐다.