광운대 오종민 교수연구팀, 헬스케어용 초고감도 호흡 및 피부 비접촉 센서 개발
광운대 오종민 교수연구팀, 헬스케어용 초고감도 호흡 및 피부 비접촉 센서 개발
  • 백두산 기자
  • 승인 2021.02.15 17:04
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재료 합성 및 공정 융복합 기술 통한 초고감도 비접촉 센서 개발
비접촉 방식으로 호흡통해 전염성 질병 초기 대응, 영유아 응급상황 대처 등 활용 기대
광운대학교 오종민 교수 연구팀. 사진=광운대 제공
광운대학교 오종민(가운데) 교수 연구팀. 사진=광운대 제공

[대학저널 백두산 기자] 광운대학교 전자재료공학과 오종민 교수연구팀이 나노복합재료합성과 상온 코팅 공정, 소자 설계 및 신규 측정 기술 개발 등의 융복합 연구를 기반으로 세계 최고 수준의 헬스케어용 고성능 호흡과 피부 비접촉 센서를 개발했다.

15일 오 교수연구팀에 따르면 헬스케어 산업은 매년 급격한 성장률을 보이고 있는 분야로, 인체 건강관리와 질병 확산을 방지하는 휴먼 인터페이스 기술은 전 세계적으로 관심을 받고 있다.

특히 최근 코로나19와 메르스 등과 같은 새로운 바이러스에 의한 폐렴이 주기적으로 발생해 이를 감지 관리하고 비접촉 등 대규모 확산을 방지하는 인체 정보 감지 기반 휴먼 인터페이스 융합 기술에 대한 관심도가 날로 높아지고 있다.

호흡 모니터링 센서로 많이 사용되는 고분자 계열 등의 소재들은 가공성이 높지만 안정성 등과 같은 내구성이 취약한 단점을 지니고 있어 장기적으로 호흡 모니터링 중 에러를 유발할 가능성이 있다.

또한 세라믹 재료 기반 센서의 경우 치밀한 미세구조에 의한 긴 응답시간으로 인해 호흡에 의한 변화율(접촉식 및 정전용량 방식, 30% 이하 수준)이 낮은 편이기 때문에 주변 노이즈에 취약하며, 증폭기가 필수적으로 사용됨으로써 회로 구성과 설계가 복잡하고 추가적인 부품비가 발생하는 단점을 지니고 있다.

오 교수연구팀이 개발한 ‘헬스케어용 초고감도 호흡 및 피부 습기 비접촉 센서’는 열적·물리적으로 안정된 세라믹 재료를 주재료로 사용했으며, 혁신적인 센싱 메커니즘 기반의 나노 복합 소재 합성과 경제적인 코팅 공정 기술 등을 통해 기존 재료·공정 한계를 극복해 고감도·고내구성의 습기 센싱 특성을 확보했다.

이를 통해 비접촉 방식으로 10cm 이상의 거리에서 호흡에 의한 변화율 10,000% 이상, 1cm 거리에서 집게손가락 수분에 의한 변화율 200,000% 이상을 달성했으며, 이는 현재 세계 최고 수준이다.

이번 연구에는 광운대 전자공학과 김남영 교수와 화학공학과 박철환 교수, 아주대 김상욱 교수, 동의대 김성훈 교수가 참여했다.

논문의 주저자인 조명연씨는 광운대 전자재료공학과 석사과정을 졸업하고 지난해 일본 도쿄공업대학 박사과정으로 입학했으며, 현재까지 SCI(E) 논문 23편 (주저자: 10편)의 활발한 연구 활동을 수행하고 있다. 또한 공동 주저자인 전자재료공학과 석사과정 재학 중인 김익수씨는 SCI(E) 논문 13편(주저자: 6편)으로 꾸준한 연구 활동을 진행하고 있다.

오 교수는 “향후 본 연구를 통해 질병 초기 대응, 영유아 응급상황 대처, 수면 습관 관리, 운동 효과 극대화 등 일상생활에서의 안전/보건 및 삶의 질을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 전염성 질병 예방/확산 방지, 도어 및 엘리베이터 등의 공중 보건 휴먼인터페이스 응용 기술로의 활용에 기대가 매우 크다”고 밝혔다.

이번 연구는 2020년 정부의 재원들과 광운대의 교내연구비 지원으로 수행됐으며, 그 성과를 인정받아 권위 있는 국제학술지인 ACS 응용물질 및 계면(ACS Applied Materials & Interfaces (IF: 8.758)) 2021년 1월 26일자 온라인 판에 “CsPb2Br5 기반 센서를 이용한 헬스케어용 비접촉 호흡 모니터링 및 피부 습도 인식 시스템(Unique Noncontact Monitoring of Human Respiration and Sweat Evaporation Using a CsPb2Br5-Based Sensor)의 제목으로 게재됐다.


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