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[Design close up] 의료용 웨어러블 디바이스의 무한 가능성을 열어주는 전자문신 스마트 타투








건강검진을 위해서 병원에 가면 간단한 시력측정부터 신장, 체중, 혈압, 혈액검사, 상복부 초음파, 위내시경 검사에 이르기까지, 여러 가지 종류의 검사를 받게 된다. 이렇게 건강검진을 받으려면 보통 2시간이 소요되고 결과를 기다리는 시간도 만만치 않다. 평소에 정기적으로 건강상태를 체크할 수 있다면 종합건강검진이나 이에 따르는 추가 정밀검사의 필요여부도 확인할 수 있을 것이다. 이에 따라 시간은 물론 비용도 절약할 수 있어 검진 및 치료의 효율성을 높일 수 있지 않을까.
이제 건강상태를 실시간으로 체크하고 검진을 위해 병원에 내원하지 않아도 되는 시대가 멀지않았다. 이는 휘어지는 전자장치(Flexible Electronics)의 소형화에 따른 의료용 웨어러블 디바이스, 즉 전자문신의 개발 덕분이다. 
현재 전자문신의 상용화를 위해 기업 및 대학연구소에서 이를 위한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 이하에서는 의료용 웨어러블 디바이스 분야에서 활발하게 논의되고 있는 전자문신, 스마트 타투에 대해서 자세히 살펴보도록 한다.
※이미지 출처 : http://randa-imagine.blogspot.kr/2013/06/digital-tattoo.html







 ※이미지 출처 : http://phys.org/news/2014-03-experts-intelligent-plaster-patients.html (상), http://phys.org/news/2013-09-team-tattoo-like-skin-thermometer-patch.html (하)

전자문신이라는 용어로 인하여 오해하기 쉬운 점은 전자문신이 문신의 한 종류라고 인식된다는 점이다. 하지만 전자문신은 문신이 아니다. 단지 사용방법이 어린이용 가짜 문신과 비슷하기 때문에 전자문신이라 불리는 것이다.
전자문신은 피하에 이식하는 것으로 가로 2cm, 세로 1cm, 두께 37μm(마이크로미터)로 머리카락 굵기와 비슷하다, 이렇듯 종이보다 얇음에도 불구하고, 이 안에 심박수, 뇌파 등의 생체신호를 모니터링하고 이를 외부로 송신하는 전자회로가 내장되어 있다. 또한, 이를 상하에서 감싸는 고분자물질까지 다양한 물질이 포함되어 있다. 이는 인간의 피부가 얇은 전자층으로 구성되어 있다는 점에 착안하여 설계된 것이다.



 
이렇게 신체를 실시간으로 모니터링할 수 있다는 데에서 실시간 검진, 상시검진, 원격검진이 가능하리라고 예상할 수 있겠다. 병원에 있는 거대한 의료기기 대신 전자문신이 신체의 신호를 정확히 측정하고 분석해내, 더 이상 병원에서 긴 시간이 소요되는 정기검진을 받을 필요가 없는 시대가 다가오고 있다. 이 때문에 의료분야와 연계되어 밀도 있는 연구가 활발히 진행될 것으로 예측하고 있다. 또한, 이는 질병에 대한 연구를 보다 깊이 있게 해줄 수 있으리라고 본다. 한 개인의 신체상태가 꾸준히 데이터화 된다면 이를 취합하고 분석하여 병의 원인균을 파악하는 데 중요한 자료로 이용되리라고 본다.



※이미지 출처 : http://www.patentlyapple.com/patently-apple/2013/09/apples-touch-id-an-invisibly-seamless-security-feature.html

또한, 전자문신은 상품의 바코드처럼 개인을 특정할 수 있을 것이며 이에 따라 본인 인증수단의 하나로 이용될 수도 있다. 보안이 중요한 시대인 만큼, 지금까지 개인을 명확하게 식별하는 일의 중요성에 대해서는 다양한 대안이 제시되어 왔다. 애플이 아이폰에 지문인식기능을 탑재한 것 역시 보안에 대해 고심한 결과다. 삼성의 갤럭시S5 또한 출시 이전에 홍채 인식 시스템을 적용할지도 모른다는 이야기로 한창 이슈화된 적이 있었지만 결국 지문 스캐너 기능만을 탑재해 출시했다. 전자문신이 개인을 식별하는 수단으로 이용되면 스마트폰 뱅킹을 할 때 별도로 비밀번호를 입력하지 않아도 자동으로 전자문신을 인식할 것이라는 예측도 충분히 가능하다.


※이미지 출처 : http://allthingsd.com/files/2013/05/IMGS7699-X2.jpg (상), www.dailymail.co.uk/sciencetech/article-2333203/Moto-X-Motorola-reveals-plans-ink-pills-replace-ALL-passwords.html (하)

작년 대표적인 IT 뉴스사이트 올싱스디(All Things D)가 개최한 D11 컨퍼런스에서 미국방위고등연구계획국(DARPA, Defense Advanced Research Projects Agency) 출신인 레지나 듀간(Regina Dugan) 모토로라 선진기술&프로젝트 담당 수석부사장은 전자 문신과 알약 형태 비밀번호 개발 이슈를 발표했다.


※이미지 출처 : www.dailymail.co.uk/sciencetech/article-2333203/Moto-X-Motorola-reveals-plans-ink-pills-replace-ALL-passwords.html

이는 본인인증용 칩을 체내에 넣는 것으로 사람 위 속의 전해질을 동력으로 이용해 18비트 신호를 보내는 방식으로 작동한다. 다만 이러한 알약은 매일 삼켜야 한다는 점에서 불편하다는 단점을 가지고 있다. 또한, 이 발표에서 듀간 부사장은 “이 기술이 아직 상용화 단계에 접어들지 못했고 구글에 인증용 문신이나 알약 개발을 요구한 적 없다”며 확대해석을 경계했다.





※이미지 출처 : http://ucsdnews.ucsd.edu/pressrelease/grand_challenges_explorations_grant_funds_groundbreaking_health_research

전자문신은 질병을 사전에 예측하려는 목적에서 개발되기 시작했다. 2012년 미국 일리노이대 어바나샴페인 캠퍼스(University of Illinois at Urbana-Champaign)의 존 로저스(John A. Rogers) 교수 연구팀은 노스웨스턴 대학(Northwestern University) 용강 후앙(Yonggang Huang) 교수와 살아 있는 세포에서 전기적 자극을 모니터링하고 전달할 수 있는 플렉서블 전자 시스템 개발에 매진했다.
2013년 이 연구의 결과로 존 로저스 교수 연구팀은 ‘표피 전자 센서’라는 웨어러블 컴퓨팅 디바이스를 개발해냈다. 이는 매우 얇고 유연해 피부에 문신처럼 프린팅 할 수도 있다.
이 전자문신은 병원에서 환자의 상태를 의사에게 송신해주는 역할을 하는데, 존 로저스 교수는 환자의 회복과정을 끝까지 지켜보는 것에 중점을 두고 연구를 진행했다. 퇴원 전 환자의 수술부위 근처에 전자문신을 붙임으로써 회복과정을 원격, 실시간으로 모니터링하게 된 것이다. 환자 또한 일정 기간의 관찰은 용인했지만, 그 이상으로 전자문신이 자신의 정보를 외부에 전송한다는 내용에 동의하지 못했다. 이를 고려하여 전자문신은 2주의 한정된 기간 동안 유지되고 그 이후에는 피부의 박리에 의해 자연스럽게 벗겨지게끔 되어 있다고 한다.
최근, 용강 후앙 교수도 미국 과학전문지 사이언스에 디지털 피부 패치 관련 보고서를 게재했는데, 디지털 피부 패치를 이용할 경우 병원의 장비와 비슷한 수준의 정확성으로 심장 박동과 뇌 활동 상태를 측정할 수 있으며 패치를 접거나 비틀더라도 손상되지 않는다고 발표했다. 이처럼 획기적인 웨어러블 컴퓨팅 기기의 개발은 나노 소재 기술과 물리학과 전기전자, 그리고 컴퓨터 공학 기술이 한데 어우러져 실현할 수 있었다. 융합 기술의 대표적인 산물인 셈이다.


※이미지 출처 : http://phys.org/news/2014-03-experts-intelligent-plaster-patients.html

2014년, 기초과학연구원(IBS, Institute for Basic Science) 나노입자연구단 김대형 교수팀(서울대 화학생물공학부)과 미국 텍사스대 오스틴캠퍼스(University of Texas at Austin), 미국 웨어러블 컴퓨팅 기기회사 MC3가 공동으로 개발한 피부에 붙이는 웨어러블 헬스 모니터링 스킨 패치(이하 ‘스킨패치’)가 네이처 자매지 나노테크놀로지 저널에 게재되었다. 3월 31일 자에 '운동 장애의 진단, 치료를 위한 다기능성 웨어러블 디바이스'(Multifunctional wearable devices for diagnosis and therapy of movement disorders)라는 제목으로 발표되었다. 이 스킨패치를 통해 파킨슨병과 같은 운동장애 질환의 발병 여부를 모니터링해 결과를 메모리에 저장할 수 있을 뿐만 아니라, 저장된 정보의 패턴 분석을 통해 이상 징후를 미리 진단, 앞선 약물투여치료까지 가능하다.
지금까지 전자문신이란 무엇이고, 어디에 쓰이는지, 또한 의료용 웨어러블 디바이스로서의 전자문신 연구가 어디까지 진행되었는지 살펴보았다. 이하에서는 구글의 자회사 모토로라모빌리티가 출원한 전자문신 특허에 대해서 살펴보도록 하자.





-특허명 : COUPLING AN ELECTRONIC SKIN TATTOO TO A MOBILE COMMUNICATION DEVICE/ 출원번호 : PCT/US2013/039452 / 출원인 : MOTOROLA MOBILITY LLC / 출원일자 : 2013.05.03

※이미지 출처 : http://i2.cdn.turner.com/cnn/dam/assets/131112095149-google-neck-tattoo-story-top.jpg (상), http://entiemporealmx.com/?p=139346 (중), http://robertopizzo.it/prossima-frontiera-gli-electronic-skin-tattoo/ (하)

2012년 5월 3일, 모토로라 모빌리티(Motorola Mobility)가 ‘전자 피부 문신을 모바일 통신 디바이스와 연결하기(COUPLING AN ELECTRONIC SKIN TATTOO TO A MOBILE COMMUNICATION DEVICE)’라는 명칭으로 특허를 신청했고 2013년 11월 7일, 이에 대한 내용이 공개되었다. 특허항목 중 눈에 띄는 사항은 전자문신 속에 자체수신기 안테나, 마이크 및 시그널프로세서와 전원 장치(배터리 포함)를 갖추고 있어 하나의 마이크로컴퓨터로서 높게 평가받고 있다는 점이다. 정보의 수집과 처리, 통신부터 전원공급에 이르는 전 과정이 하나의 씰을 통해 가능하다는 점에서 혁신적이다. 또한, 여기에 피부검지기(skin detector)가 내장되어 있어 사람을 식별하는 기능도 갖추었다. 
이 전자피부문신(Electronic Skin Tattoo)은 목이나 의류에 부착 가능한 스티커 형태로 NFC(근거리무선통신, Near Field Communication)나 블루투스, 적외선 또는 다른 근거리 통신 기술을 통해 가까이에 있는 스마트폰이나 태블릿, 게임기 등과 연결되며 스마트폰 등의 보조마이크 기능도 가능하다.


※이미지 출처 : http://www.vivalnk.com/purchase/

지난 6월 27일 뉴욕데일리뉴스에 따르면 구글 산하의 모토로라 연구 그룹인 첨단 기술 및 프로젝트 (Advanced Technology and Projects, ATAP)가 회사 비바잉크와 함께 스마트폰 ‘모토X'의 잠금상태를 해제할 수 있는 전자문신 제품을 출시했다고 한다. 모토X를 위해 출시된 전자 문신은 지름 2.5cm의 크기의 작은 동전 모양의 전자문신 스티커이다. 1회성으로 가격은 스티커 하나에 1달러이며 한 번 붙이면 5일 동안 이용할 수 있다.


※이미지 출처 : http://www.vivalnk.com/purchase/

정기적으로 교체해야하는 등, 상용화되기까지는 아직 많은 과제가 남아 있으나 전자문신의 상용화를 위해 고민한 흔적이 엿보이는 제품으로 높게 평가받고 있다. 모토X 스마트폰 유저라면 비바잉크 홈페이지(http://www.vivalnk.com)를 통해서 전자문신 스티커를 구입하여 이용할 수 있다. 




 
※이미지 출처 : http://www.mommylovestech.com/2014/01/ces2014-intel-and-the-internet-of-things/ (상), http://live.theverge.com/intel-ces-2014-live-blog/ (중), http://www.amongtech.com/intel-ceo-says-its-going-to-reveal-innovative-wearables-at-ces-2014/ (하)

오늘날, 전자문신은 웨어러블 디바이스 시장에서 큰 관심을 받고 있다. 기업들 또한 매년 성장하는 웨어러블 디바이스 시장에서 유리한 위치를 선점하기 위해 지속적으로 연구에 투자하고 있다. 기업들의 이러한 뜨거운 열기는 인텔(Intel)의 최고경영자 브라이언 크르자니크(Brian Krzanich)가 CES(Computer Electronics Show) 2014 에서 웨어러블 시장 선점 의사 발언에서도 확인할 수 있다.

[Intel Make it Wearable, Medical History 2.0]

※동영상 연결 : http://youtu.be/UjoVs6r2YHM


※이미지 출처 : http://pixelhealth.net/2014/04/19/intel-invites-you-to-make-it-wearable-with-innovation-challenge/

그의 강한 의지가 반영되어 개최된 Intel Make it Wearable 경연대회 2라운드 우승자인 마엘 플래멘트(Mael Flament)가 출품한 웨어러블 기기에서 웨어러블의 미래를 예측해볼 수 있다. 그가 선보인 전자문신은 건강정보를 포함하는 것으로 ‘메디컬 히스토리 2.0(Medical History 2.0)’이다. 이 문신은 혈액형, 과거 수술 경험 등 개인의 건강정보 일체가 포함되어 있고, 지속적으로 신진대사 정보를 모니터링한다. 이렇게 지속적인 모니터링이 가능하다는 점에서 모든 가능한 변수 및 상태변화를 체크할 수 있다는 장점도 있지만 응급 상황에 특히 유용하게 사용될 것으로 기대된다. 응급상황에서 의사는 문신을 통하여 사용자의 건강 정보를 모두 파악할 수 있고, 이에 따라 적합한 응급처치가 가능하다. 왜냐하면, 문신을 통하여 혈액형이나 특정 약에 대한 알레르기 여부 또한 확인할 수 있기 때문이다.


※이미지 출처 : http://healthtopic.net/wp-content/uploads/2014/07/health-care-imageso-best-healthcare-facebookjpg-qir2ofq4.jpg (상), http://www.theblaze.com/stories/2014/07/24/digital-tattoos-could-be-a-convenient-way-to-unlock-your-phone/ (하)

  

 

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Tag
#웨어러블 #의료 #전자문신 #스마트타투

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