[디지털비즈온 김맹근 기자] 디지털 헬스케어는 고성능 센서의 개발에 힘입어 더 높은 수준으로 발전할 것으로 기대되고 있다. 초소형, 저전력 가스 센서는 건강에 해를 끼칠 수 있는 공기오염 물질을 신속하고 정확하게 검출하여 호흡기 질병, 피부질환, 암 등 다양한 질병을 예방할 수 있도록 돕는다. 그리고 사람의 움직임, 맥박 등 압력 분포를 측정하는 고성능 센서는 정밀하고 정확한 디지털 헬스케어를 구현하도록 해준다.

환경 모니터링 센서, 오염 물질별 정량화된 데이터 수집

환경 모니터링 센서는 환경오염 및 위해 물질의 존재 유무, 종류 및 농도를 정량적으로 파악하는데 활용된다. 오염 물질마다 위험성의 정도와 일정 시간 동안 노출 가능한 안전 농도 범위가 다르기 때문에 물질의 종류, 농도를 정확히 구분해 내는 것이 중요하다.

건강에 해를 끼칠 수 있는 일산화탄소, 이산화질소, 황화수소, 휘발성 유기화합물 등의 공기오염 물질을 신속하고 정확하게 검출한다면 호흡기 질병, 피부질환, 암 등 다양한 질병을 예방하는데 도움을 줄 수 있다.

국내외에서 최근 마이크로·나노기술을 기반으로 한 초소형, 저전력, 고성능 가스 센서를 모바일, 웨어러블 및 IoT 플랫폼에 집적하는 연구가 활발히 수행되고 있다.

예를 들어 여러 개의 센서를 하나의 칩에 집적하게 되면 공기 중에 있는 다양한 오염물질의 농도를 구분하여 동시에 측정할 수 있게 되는 것이다. 이러한 가스 센서는 MEMS 기술(초소형 센서 칩 기술)을 기반으로 제작되어 기존의 환경 센서에 비해 크기가 작고 전력 소모도 훨씬 적다.

센서가 작아지면 소형 측정기기 및 모바일 기기에 탑재하여 개개인이 주변의 공기 오염상태를 모니터링할 수 있다. 이러한 환경 모니터링 센서는 환경 오염물질 측정뿐만 아니라 다양한 디지털 헬스케어 분야에 응용될 수 있다.

웨어러블 센서, 인간과 기계를 연결하여 헬스케어 구현

신체에 부착 가능하고 기계적으로 유연한 소재로 만들어진 웨어러블 센서도 다양한 연구가 수행되고 있다. 사람이 서 있거나 앉아있는 상태에서 발생하는 관절의 각도나 신체 내의 압력 분포는 건강한 생활을 유지하는 데 밀접한 관계가 있다.

웨어러블 센서는 착용이 편리할 뿐만 아니라 큰 움직임부터 미세한 신체 동작까지 감지할 수 있으며, 맥박과 같은 생체신호도 감지할 수 있다. 이를 통해 건강한 운동 패턴, 맥박의 변화, 실시간 혈압 측정 등을 효과적으로 수행함으로써 건강한 일상생활을 유지할 수 있도록 도움을 줄 수 있다.

국내·외에서 사람의 자세, 움직임, 맥박, 압력 분포 등을 측정할 수 있으면서 유연·신축성을 갖춘 ‘웨어러블 인장 및 압력 센서’ 기술 개발이 활발히 진행되고 있다. 일반적인 센서는 전기저항 변화, 정전용량 변화, 발생 전압을 측정하는 전기적 방식을 메커니즘으로 한다.

의료용 센서, 암 치료부터 욕창 관리까지 다양하게 활용

다양한 의료용 센서의 개발도 디지털 헬스케어의 발전을 견인하고 있다. 특히 암 진단·치료 분야에서의 적용이 주목된다. 최근에 국내에서 개발된 암조직 생검 (biopsy) 바늘 탑재형 센서는 조직생검 시술에서 바늘이 맞닿고 있는 조직의 물리·화학적 특성들을 측정하여 조직 생검시 정확한 조직 샘플 채취를 도와 암 진단 정확성을 높여주는데 기여한다.

의료용 센서는 장기간 거동이 불편한 환자들에게 발생할 수 있는 조직 괴사인 욕창을 예방하기 위해 활용되기도 한다. 욕창은 피부에 일정 시간 이상 지속적인 압력이 가해질 때 피부가 얇고 뼈가 돌출된 부위에서 발생되기 쉬운데, 주로 거동이 불편한 뇌졸중 환자, 전신·반신 마비 환자들이 종종 겪는다.

욕창을 예방하기 위해 개발된 웨어러블 압력 센서는 환자 인체의 주요 부위에 부착되어 피부 압력 분포를 모니터링 해준다. 그리고 IoT 기반의 실시간 무선 네트워크를 통해 일정 시간 이상 압력이 가해지면 간호사에게 환자의 자세를 바꾸어 줄 것을 알려주게 된다.

이러한 사례와 같이 환자의 상태를 상시 모니터링하여 건강관리 및 질병 발생 예방에 도움을 주는 디지털 헬스케어가 활발히 개발되고 실용화가 이루어지고 있다.

결과적으로 고성능 센서 또한 미래 디지털 헬스케어를 주도할 분야로 주목된다. 센서 기술의 발전은 환경 모니터링부터 웨어러블 건강 모니터링, 스마트 의료용 센서 등에서 한 차원 더 높은 수준의 정밀 측정을 가능케 해준다.

오염물질별로 대기 농도를 측정해주는 환경 모니터링 센서는 유해가스로 인한 호흡기 질병, 발암 물질 노출, 신선하지 않은 음식의 섭취로 인한 질병 등을 예방할 수 있게 도와준다. 또한, 정확도를 높인 웨어러블 모션·생체 신호 센서, 각종 의료 진단·시술·수술용 센서는 인간-기계를 연결하는 스마트 디지털 헬스케어를 구현해주고 있다.