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신체의 건강상태를 나타내는 심박·산소포화도 센서에 기존 발광다이오드(LED)가 빛을 발산하는데 한계가 있고, 배터리 소모가 많아 사용시간에 제한이 있었다.
같은 학부 유회준 교수 연구팀과 함께 진행한 연구에서 연구진은 LED 대신 OLED와 OPD를 이용해 배터리 소모량은 줄이면서 빛도 효율적으로 발산할 수 있게 하는데 성공했다.
연구팀은 문제 해결을 위해 광원의 발광 파장에 따른 피부에서의 빛의 전달 형태를 실험과 피부 모델 시뮬레이션을 통해 검토했다. 유기소자의 경우 자유로운 패턴 구현이 용이한 점을 최대한 이용해 유기포토다이오드가 유기발광다이오드를 동심원 형태로 감싸 피부에서 전방위로 분포되는 빛을 효율적으로 감지하는 최적 구조를 갖는 유연 심박 및 산소포화도 센서를 구현했다.
이를 통해 평균소비전력 약 0.03밀리와트(mW)만으로도 심박 및 산소포화도를 측정할 수 있었다. 이는 LED와 PD가 일렬로 배치된 상용 센서가 갖는 통상 전력소모 양의 약 수십 분의 일에 해당하는 매우 작은 값으로 24시간 동작에도 1메가와트시(mWh)가 채 되지 않는 양이다.
유기소자가 갖는 유연 소자의 형태적 자유도도 그대로 갖기 때문에 스마트 워치부터 작게는 무선 이어폰, 스마트 반지, 인체 부착형 패치 등의 웨어러블 기기에서 지속적으로 생체신호를 모니터링 할 수 있게 될 것으로 기대된다.
유승협 교수는 “생체 신호의 지속적인 모니터링은 건강의 이상 신호를 상시 검출 할 수 있게 할 뿐 아니라 향후 빅데이터 등과 연계하면 이들 생체신호의 특정 패턴과 질병 간의 상호 관계를 알아내는 등에도 활용될 수 있다.”고 말했다.
이번 연구는 과학기술정보통신부 한국연구재단-나노·소재원천기술개발사업 및 선도연구센터 사업의 지원을 받아 수행됐으며, KAIST 이현우 박사과정이 1저자로 참여해 ‘사이언스 어드밴스 (Science Advances)’ 9일자 온라인 판에 게재됐다.
