글로벌 기업/대학, 헬스케어 웨어러블 신기술 개발 박차
상용화는 언제?
웨어러블 디바이스는 말 그대로 몸에 입거나 거치는 기기이다. 최근에는 피부에 부착하거나, 문신을 하거나, 체내에 삽입하는 형태로까지 발전하고 있다. 우리의 미래에 큰 영향을 줄 것으로 예상되는 웨어러블 디바이스의 대표적인 활용 분야가 바로 헬스케어 및 의료분야일 것이다. 특히 이 분야는 웨어러블 기기를 신체에 착용하고 피부에 직접 부착할 수 있기 때문에 우리 몸의 상태에 대한 데이터를 실시간으로 측정할 수 있다는 장점이 있다. 이러한 데이터들이 일상생활을 하는 가운데서 축적되고, 이를 통해 맞춤형 의료가 가능한 시대가 다가오고 있다. 질병 진단 관리나 치료에 긍정적인 관점에서 큰 변화가 예상된다.
도쿄대학/DPN, 피부에 부착 가능한 스킨 디스플레이(Skin Display) 개발
지난 7월, 도쿄대학과 DNP社는 피부에 부착할 수 있을 정도로 얇고, 신축성이 좋은 "스킨 디스플레이(Skin Dispaly)"의 풀컬러와 작업에 성공했다고 발표했다. 이 기술을 통해 앞으로 스마트폰과 블루투스로 연결해서 여러 가지 이미지를 전송할 수 있게 되었다. "기존에는 단색만 구현 가능했지만, 구동 회로를 단순화하고, 동시에 소형화 함으로써 풀컬러(Full Color)를 구현했다"라고 도쿄대학 다카오 교수는 강조한다. 하기와 같이 친구나 동료들과 "하트 마크"나 "좋아요"등의 이모티콘을 주고받을 수 있다.
사용할 수 있는 시간은 약 30~40분 정도로, 약 9,000가지 이상의 색상 표현이 가능하다. 2mm의 고무 시트에 마이크로 LED칩을 장착했다. 고무시트를 사용자의 피부에 붙일 수 있는 구조이다. 의료용 접착제를 사용하고 있어서 우리가 사용하는 반창고와 같은 느낌으로 위화감은 적다. 머그컵이나 페트병에도 붙이는 것도 가능하다. 아직까지는 화소수 등의 잇슈로 문자(글자)를 표시할 수는 없다.
'20년 사용자의 요구와 제조 공정을 추가 검토해서 앞으로 2~3년 내에 사용화를 목표로 하고 있다. 앞으로, 화소수를 더 올리고, 더 튼튼하고 저렴한 가격으로 생산할 수 있을지가 과제이다. 상용화 단계에서는 배터리와 통신회로가 들어간 부품의 소형화도 함께 검토해야 한다.
사실, 구형, 스킨 디스플레이(Ski Display)는 지난 '18년에 일반에게 공개된 바 있다. '18년 당시에는 16 X 24개 (386픽셀)의 마이크로 LED를 고무시트에 일정 간격으로 삽입했다. 시트의 두께는 1mm였다. 이번에 개발된 신모델은 풀컬러를 구현하기 위해 12X12개(144픽셀)로 구현되었으며 두께는 조금 늘어난 2mm이다.
이 기술을 활용하여 여러 가지 시도를 해볼 수 있다. 예를 들어, 심장 질환이 있는 노인이 스킨 센서(Skin Sensor)를 사용하여 심전도를 측정하고, 이를 의료 클라우드에 전송한다. 병원 담당의사가 이를 확인하고 문제가 없으면 "좋아요" 표시를 스킨 디스플레이(Skin Display)를 통해 보내는 등 의료현장에 적극 도입이 가능할 것으로 보인다.
독일, 가정용 잉크젯 프린터로 인쇄 가능한 생체 센서 개발
독일 잘란트 대학(Saarland University)과 라이프니츠 신소재 연구소 (Leibniz Institute for New Materials)가 공동으로 개발 중인 "피지오 스킨"(PysioSkin)은 가정용 잉크젯 프린터를 이용하여 피부에 붙이는 생체 센서이다. 프린터에서 인쇄 한 전자 회로를 인간의 피부에 붙여 전기적 생체 신호를 잡아내는 콘셉트이다.
출처 : https://www.itmedia.co.jp먼저 프린터에 전자 회로를 인쇄할 수 있는 잉크 카트리지를 준비한다. 빈 잉크 카트리지에 세 종류의 특수 잉크 "전도성 나노 입자 잉크", "전도성 고분자 잉크" 그리고 '절연 잉크"를 각각 투입한다. 이후, 미리 디자인한 회로도를 잉크젯 프린트를 통해 인쇄하면 전자 회로를 얻을 수 있다. 인쇄용지는 타투 스티커를 사용한다. 완성된 전자 회로는 피부뿐만 아니라 티셔츠 등의 의류에서도 사용할 수 있다. 전자 회로가 포함된 용지의 두께 약 1μm로 매우 얇아서, 사용하는데 큰 불편이 없다는 것이 특징이다.
출처 : https://www.itmedia.co.jp피부에 부착한 전자 회로는 사용자의 생체 신호를 포착한다. 근육 활동은 "sEMG"(표면 근전도), 땀샘의 상태는 "EDA"(피부 전기 활동), 심장의 전기적 활동은 "ECG"(심전도)로 파악한다. 부착 위치는 신호를 포착하기 쉬운 손목 안쪽이나 가슴이 가장 좋다. 이렇게 확보한 생체 데이터는 다양한 용도로 활용할 수 있다. 예를 들어, 환자가 손목의 안쪽에 피지오 스킨(Pysio Skin) 부착하고, 화상으로 의사가 대화하면서 심장박동 등의 데이터를 실시간으로 전달하는 등 의료 활동에 활용이 가능하다.
출처 : https://www.itmedia.co.jp링(반지) 형태의 전자 추적 시스템(AuraRing), 워싱턴 대학에서 개발
'19년 12월, 워싱턴 대학 연구팀이 개발한 오러링(AuraRing)은 반지와 같이 손가락에 끼고, 손가락을 움직이면서 원격으로 조정으로 할 수 있는 독립적인 전자 추적 시스템이다. 손가락에 끼는 링(반지) 이외에 손목에 착용하는 밴드도 함께 제공되는데, 이는 손가락에 낀 링의 절대 위치와 방향을 실시간으로 추적한다. 공중에 문자나 그림을 그릴 수도 있고, 테이블이나 벽에 메모를 할 수도 있다. 아울러 가상물체와의 접촉 등 여러 가지 사용 신을 생각해 볼 수 있다. 만약 회의 중에 스마트 글라스나 스마트 워치에서 메시지가 왔다면, 본인 허벅지에 손가락으로 텍스트를 입력한 후 회신할 수도 있다.
출처 : https://www.itmedia.co.jp제품은 자석 코일을 탑재한 링(Ring)과 손목밴드로 구성된다. 링(반지)은 자석 코일을 사용하여 특정 주파수의 진동 자기장을 손 주위에 생성한다. 손목밴드의 센서 코일의 유도 전압을 통해 위치와 방향을 계산한다. 제품은 충전식으로, 소비전력 2.3mW 와 저전력으로 움직이기 때문에 배터리는 약 1 일간 연속으로 사용 가능하다. 또한 10~15 ㎝로 단거리 추적에 초점을 맞추고 있기 때문에 환경 간섭의 영향을 최소화한다. 정확도 평균 오차는 4.4mm이다.
립싱크 음성 입력, 도쿄대학과 소니社가 기술 개발
도쿄대학 대학원 정보환경팀과 소니 컴퓨터 사이언스 연구소 (CSL)가 공동 개발한 "Derma"라는 제품은 목 주변에 센서를 부착하고, 립싱크를 하면 자동으로 음성 입력으로 변환되는 서비스를 제공한다. 전문용어로 SSI로 표현한다.(Silent Speech Interaction)
이 기술은 시청각 장애인을 위한 타도마 기법(Tadoma method)에서 아이디어를 얻었다. 타도마 기법(Tadoma Method)은 상대방의 얼굴과 입술을 만져서 뜻을 알아내는 방법이다. 일반적으로 입술 주위의 피부를 직접 만져서 어떤 뜻인지 파악하지만, 일본 연구팀은 이를 기계학습을 통해 자동화했다. 이번 제품은 얼굴과 입술뿐만 아니라, 턱밑의 피부를 통해서도 뜻을 이해할 수 있는 수준까지 이르른 것이다.
출처 : https://www.itmedia.co.jp세부적으로 보면, 턱밑 두 군데에 MEMS (Micro ElectroMechanical Systems) 가속도계와 각속도 센서(Angular Velocity Sensor)를 붙이고, 턱과 주위 근육 운동을 측정함으로써 립싱크를 인식한다. 센서를 통해 12차원의 피부 운동 정보를 확보하고, 심층 학습 분석을 통해 서른다섯 가지 종류의 발성 명령 구문을 확인한다. 테스트에서는 94 % 이상의 인식률로 식별할 수 있었다.
출처 : https://www.itmedia.co.jp이를 활용하여, 립싱크로부터 음성 합성을 만들어 내기 위해 CTC (Connectionist Temporal Classification, CTC)을 이용한 신경망 학습을 추진해 나간다. 이러한 학습 모델은 립싱크 시, 피부 운동 정보에서 음성 합성의 변환을 가능하게 한다. 이렇게 변환된 음성 합성은 음성 어시스턴트 등의 음성인식 기능을 갖춘 디지털 기기를 통해 일반인이 사용할 수 있게 된다.
이 기술의 특징은 목 밑에 센서를 붙이기 때문에 상대적으로 눈에 띄지 않고, 소형 경량과 저전력으로 효율도 좋다. 조명 등의 주변 환경에 영향을 받지 않는다. 따라서 식사를 하거나, 일상생활을 할 때에도 큰 불편 없이 사용 가능하다. 향후, 웨어러블 전자기기나 신체 내장형 컴퓨팅과의 융합을 목표로 하고 있다.
이러한 헬스케어 웨어러블 기기들은 아직은 초기 형태의 제품으로 상용화까지는 최소 2~3년은 소요될 것으로 보인다. 앞에서 언급한 헬스케어 기기 이외에 안압이나 자세교정 등 다양한 분야에서 새로운 제품이 선보일 것으로 예상된다. 우리가 지향하는 디지털 의료라는 것이 단순한 디지털 기기를 통해 측정한다기 보다는, 지금까지와는 다르게 질병을 미리 예측하고, 사전에 예방하며, 개별 환자에 특화된 맞춤형 의료를 제공하는데 중점을 두어야 한다. 결국 이러한 모든 과정에서 환자의 개입과 선택 등 본인의 건강에 대해 좀 더 적극적인 역할이 생길 수밖에 없다. 나의 건강을 단순히 의사에게 맡기는 것이 아니라 적극적으로 공부하고, 본인의 건강 데이터를 체계적으로 관리해 나가는 것은 우리들의 몫이다.
