대구경북과학기술원(DGIST)이 로봇및기계전자공학과 김봉훈 교수 연구팀이 외부 구동 장치 없이도 땀을 자동으로 수집하고 다양한 생체 신호를 동시에 분석할 수 있는 반도체 섬유 기반 웨어러블 센서를 개발했다고 15일 밝혔다.땀은 전해질과 대사물질 등 다양한 생체 정보를 포함하고 있어 건강 상태를 실시간으로 파악할 수 있는 지표로 주목받고 있다. 그러나 기존 웨어러블 땀 센서는 미세유로 구조를 활용하거나 외부 자극으로 땀을 유도하는 방식이어서 피부 접촉이 불안정하고, 미량의 땀을 안정적으로 확보하기 어려운 한계가 있었다.연구팀은 이를 해결하기 위해 이황화 몰리브덴(MoS₂)과 고분자 소재(PLA)를 결합한 복합 섬유를 개발했다. 해당 섬유는 내부에 미세한 구멍이 많은 다공성 구조로, 식물 뿌리의 수분 흡수와 유사한 모세관 현상을 통해 별도의 펌프나 전력 없이도 땀을 자연스럽게 흡수해 센서로 전달한다. 또 섬유 자체의 단열 특성으로 피부와 센서 사이의 열 손실을 줄여 미량의 땀이 마르지 않도록 유지한다.특히 이번 센서는 단일 섬유에서 땀 속 성분과 신체 움직임을 동시에 감지하는 ‘멀티모달 센싱’ 기능을 구현한 것이 특징이다. 전해질과 대사물질이 각각 전도도 증가와 감소라는 상반된 전기적 반응을 보이는 점을 활용해 별도의 복잡한 연산 없이도 건강 지표를 구분할 수 있으며 압력에 따른 전기적 변화까지 반영해 움직임 감지도 가능하다. 연구팀은 마이크로리터(μL) 수준의 극소량 땀으로도 안정적인 센서 작동을 실험을 통해 확인했다.김봉훈 교수는 “섬유 자체가 땀 수집과 분석 기능을 동시에 수행하도록 설계한 것이 핵심”이라며 “개인 맞춤형 헬스케어와 스포츠 모니터링, 환자 생체 상태 추적 및 질환 조기 진단 플랫폼으로 확장될 것”이라고 말했다.이번 연구는 보건복지부 한국형 ARPA-H 프로젝트와 한국연구재단 글로벌 생체융합 인터페이싱 선도연구센터(ERC), 나노·소재기술개발사업, 인류확장 로보틱스 글로컬랩의 지원을 받아 수행됐다. 연구 결과는 나노·소재 분야 국제 학술지 ‘Small Structures’ 3월호 표지 논문으로 선정됐다.
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