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Research Highlights
- 전자 최수석 교수팀, “당신의 건강은 무슨 색?”…건강·움직임 정보 색깔로 볼 수 있을까
- [최수석 교수팀, 스트레처블 광 소자의 전기 조절 색 변화 원리 최초로 밝혀]
[“전류 세기에 따라 달라지는 색 정확히 표현할 수 있어…
신축성 웨어러블 기기·차세대 디스플레이에 활용 기대↑”]
모든 사람의 공통적인 바람은 ‘건강한 삶’일 것이다. 최근 웨어러블 기기가 급속도로 발전하면서 심박수뿐만 아니라 심전도 등 다양한 건강 정보와 운동 상태 확인이 가능해지고 있다. 나아가, 이러한 건강·움직임 정보를 양호할 땐 ‘파란색’, 좋지 않을 땐 ‘빨간색’과 같이 색깔로 알아볼 수 있는 웨어러블 헬스케어 기기가 나온다면 어떨까?
전자전기공학과 최수석 교수·박사과정 신준혁 씨·석사과정 박지윤·한상현 씨 연구팀은 서울대 신소재공학과 선정윤 교수·박사과정 이윤혁 씨 연구팀과의 공동연구를 통해 전기를 가하면 색이 바뀌는 스트레처블 소자(stretchable)의 작용 원리를 최초로 밝혔다. 이를 활용하면 전류 세기를 조절해 소자의 색을 자유자재로 바꿀 수 있다.
유연하고 신축성 있는 스트레처블 소자는 독특한 특성 때문에 차세대 디스플레이나 웨어러블 기기 등 다양한 분야에 활용될 수 있는 기술로 급부상하고 있다.
다만 지금까지 소자를 구성하는 나노입자의 색이 전기에 의해 바뀐다는 사실만 알려졌을 뿐, 원하는 색을 마음대로 표현할 수는 없었다. 계속해서 모양이 바뀌는 소자를 정확하게 측정하기 어려워 그 작용 원리가 밝혀지지 않았던 까닭이다.
연구팀은 움직이는 소자를 정확히 측정하는 시스템을 구축해 색 변화 메커니즘을 밝히는 데 성공했다. 연구 결과, 나노입자가 전기를 받으면 입자 간 거리가 바뀌면서 색이 달라지는 것으로 조사됐다. 연구팀은 이를 바탕으로 입자 간 거리를 계산하는 이론 모델을 세워, 원하는 색을 자유자재로 표현할 수 있는 가능성을 열었다.
이 연구성과를 웨어러블 헬스케어 기기에 적용하면 다양한 색으로 건강 상태와 다양한 운동 동작 상태를 표현할 수 있을 것으로 기대된다. 이뿐만 아니라, 유연한 디스플레이나 위조 방지 센서...
2022-09-21
- 화공 이기라 교수팀, 흩어지는 빛에서 원하는 ‘색’만 뽑는다
- [이기라 교수팀, 미(Mie) 산란 강하게 일으키는 구형 나노입자 대량 생산 기술 개발]
[특정 파장의 빛만 반사…위조 방지 장치·라이다 센서에 활용 가능성 ↑]
하늘의 구름은 왜 하얗게 보일까? 우유는 왜 흰색일까? 이는 빛이 구름 속 물방울 또는 우유 속 기름방울과 만나 생기는 미 산란(Mie Scattering) 때문이다. 미 산란은 물질을 구성하는 입자의 크기와 빛의 파장이 비슷할 때 일어나는 산란을 말한다. 입자의 크기를 일정하게 만들면 특정 파장의 빛만을 반사해 염료 없이도 특정한 색을 띠게 할 수 있다.
화학공학과 이기라 교수·고분자연구소 문정빈 박사 연구팀은 미 산란을 강하게 일으키는 구형 금속 산화물 나노입자의 대량 생산 기술을 개발했다. 입자의 크기를 조절해 반사되는 파장과 물질의 색을 자유자재로 바꿀 수도 있다.
비정질*1 상태인 이산화티타늄(TiO2)에 열을 가하면 무질서하던 입자가 규칙적으로 배열된다. 다만, 이때 이산화티타늄의 모양이 뾰족뾰족한 침상형 또는 평평한 판상형으로 바뀐다는 한계가 있었다. 물질에 들어 있는 탄소가 열에 의해 공기 중으로 흩어지며 모양이 흐트러지는 탓이다.
이러한 이산화티타늄에 빛을 쏘면 입자들이 제각기 다르게 산란하며 색이 흐리게 보였다. 어느 방향의 빛을 받아도 일정하게 미 산란을 일으키는 구형의 이산화티타늄이 필요했던 이유다.
연구팀은 이산화티타늄 나노입자에 열을 가해, 탄소가 포함된 구형 루타일(Rutile)*2 나노입자로 바꾸는 데 성공했다. 그 결과, 이 입자는 빛의 굴절률이 매우 높아 미 산란을 강하게 일으키는 것으로 조사됐다. 빛을 사방으로 반사하는 기존 물질과 달리, 특정 빛만 강하게 반사해 육안으로도 선명한 색을 볼 수 있었다.
이 연구성과는 향후 위조 방지 장치 또는 자율주행 자동차용 라이다(LiDAR) 센서의 성능과 생산성을 획기적으로 높일 수 있는 기술로 이목을 끈다. 입자가 가시광선과 근적외선 영역에서 파장에 따라 다른 색을 띠기 때문에, 특정 파...
2022-09-20
- IT융합·기계·전자 박성민 교수팀, 스마트폰 카메라로 내 몸 건강도 ‘찰칵!’
- [박성민 교수팀, 일반 카메라 센서만으로 생체 신호 정확히 측정하는 알고리즘 개발]
일상에서 즐거운 순간을 기록해주는 스마트폰의 카메라. 이 카메라로 내 몸속 건강도 들여다볼 수 있다면 어떨까? 국내 연구팀이 스마트폰의 카메라 센서로 생체 신호를 정확히 측정하는 기술을 선보였다. 별도의 센서 없이도 스마트폰만 있으면 손쉽게 혈압이나 혈관 나이를 측정하고, 다양한 생리학적 분석을 할 수 있다.
IT융합공학과·기계공학과·전자전기공학과 박성민 교수·IT융합공학과 베가 프라다나 라힘(Vega Pradana Rachim) 연구조교수·시스템생명공학부 박사과정 백진혁 씨 연구팀은 삼성전자 종합기술원 김영수·김연호 전문연구원과의 공동연구로 스마트폰 카메라를 활용한 광혈류측정(PPG, Photoplethysmography) 신호 획득 알고리즘을 개발했다. 본 알고리즘을 이용한 PPG 신호의 샘플링률은 일반 카메라 센서의 5배에 달해, 더욱 정확한 측정이 가능하다.
심박수 측정에 주로 활용되는 PPG는 빛을 이용해 동맥에서 일어나는 혈관의 부피 변화를 기록하는 측정 방식으로 전용 센서가 필요하다. 센서의 LED를 피부에 쐈을 때 심장박동에 의한 혈관의 수축과 이완에 따라 빛의 반사율이 달라지는 원리를 이용한다. 빛을 피부에 직접 쏘기 때문에 스마트워치처럼 몸에 맞닿아 있는 웨어러블 기기에서 주로 활용된다.
최근 스마트폰용 이미지 센서가 발전하면서 PPG 센서와 같은 생체 신호 측정 전용 센서를 대체할 가능성이 높아지며, 웨어러블 기기에서만 가능했던 건강 수치 측정을 스마트폰으로 확대하는 연구가 이어지고 있다. 작년에는 구글이 특정 스마트폰에 내장된 카메라로 심박수와 호흡수를 측정하는 기술을 선보이기도 했다.
다만, 대부분의 스마트폰 센서는 샘플링 속도가 초당 30프레임(FPS, Frame Per Second)에 불과해 신호의 정확도가 높지 않았다. 단순한 맥박 모니터링 시스템에 적용할 수는 있지만, 혈압, 혈관 탄성 추정과 같은 PPG 신호에 기반한...
2022-09-16
- 기계 조동우 교수팀, 몸 밖에서 ‘전이성 암’ 모사해 맞춤의료 길 연다
- [POSTECH·부산대 공동연구팀, 3D 바이오프린팅 기술 이용해 혈관·림프관 포함된 인공 암 모델 개발]
[“환자에게서 채취한 세포로 암 모델 제작하면 맞춤형 치료 실현할 수 있어]
한산도대첩에서 이순신 장군은 일본군과 싸워 크게 승리를 거뒀다. 이는 주변의 지리적 환경을 파악하고 적군의 경로를 예측했기 때문에 가능했던 결과다. 우리 몸의 ‘적’인 암도 전략적으로 치료할 수 있는 길이 열렸다. 암의 미세환경뿐만 아니라, 주요 전이 경로인 혈관·림프관을 모사한 체외 암 모델을 이용해서다. 향후 환자에게서 채취한 세포로 암 모델을 제작하면 개인별 맞춤 암 치료를 실현할 수 있다.
기계공학과 조동우 교수·통합과정 조원우·안민준 씨, 부산대 의생명융합공학부 김병수 교수 공동연구팀은 인-배스(In-Bath) 3차원 바이오프린팅 기술을 이용해 전이성 흑색종 모델을 제작했다. 이 모델은 전이성 흑색종의 특성을 모사하는 암 스페로이드(Cancer Spheroid)*1를 인공 혈관·림프관 사이에 프린팅해 만들어졌다.
앞서 연구팀은 돼지유래 피부 조직을 탈세포화하여 만든 세포외기질 바이오잉크 배스(Bioink Bath) 안에 암 스페로이드를 바이오프린팅하는 기술을 개발했다. 이 기술을 이용해 다양한 크기의 암 스페로이드를 혈관과 함께 제작했다. 다만, 기존의 체외 암 모델에는 면역세포가 이동하는 통로이자 약물 내성에 영향을 미치는 림프관이 포함되지 않았다.
이에 연구팀은 최초로 바이오프린팅 기술을 통해 암 스페로이드와 혈관·림프관이 공존하는 전이성 암 모델을 제작하는 데 성공했다. 연구 결과, 개발된 모델에서 암세포의 침습·전이와 기질세포에 의한 약물 저항성 등 전이성 흑색종의 특징적인 현상이 관측됐다. 표적 치료(targeted therapy)에 사용되는 약물 조합을 적용하자 실제와 유사한 반응이 나타나기도 했다.
복잡한 체내 환경을 그대로 구현한 체외 암 모델을 이용하면 암을 더욱 효과적으로 치료할 수 있다. 환자마다 각기 다르게 나타...
2022-09-07
- 환경 감종훈 교수팀, 한반도 가뭄의 ‘250년’ 기록을 파헤치다
- [감종훈 교수팀, ‘자가교정 유효가뭄지수(scEDI)’ 개발… 조선시대부터 현대까지의 강수량 기록 총망라해 비교·분석]
[“가뭄이 사회에 미치는 영향 객관적으로 평가…향후 선제적 대응 기대”]
올해 극심한 가뭄과 폭염으로 많은 농민이 어려움을 겪었다. 사회·경제적으로 큰 피해를 일으키는 가뭄은 오늘날의 문제만은 아니다. 특히 벼농사 중심의 농업 사회였던 조선시대에는 가뭄이나 폭우에 더욱 민감해, 우리 선조들은 피해를 최소화하기 위해 많은 노력을 기울여왔다.
환경공학부 감종훈 교수·환경연구소 박창균 연구원 연구팀은 ‘자가교정 유효가뭄지수(scEDI, self-calibrating effective drought index)’를 개발, 조선시대부터 현대에 이르기까지 약 250년에 달하는 강수량 기록을 비교·분석했다.
현재 가뭄의 강도를 파악하기 위해 사용되는 유효가뭄지수(EDI)는 일별로 가뭄 상태를 측정할 수 있도록 설계됐다. 최근 30년간의 일일 강수량 기록을 사용하기 때문에 설정 기간에 따라 지수의 값이 바뀐다는 한계가 있었다. 즉, 장기간의 값을 일관적으로 비교하기 어려웠다.
연구팀은 자가교정 유효가뭄지수를 최초로 제안, 이 지수로 1777년부터 2020년까지 서울 지역에서 관측된 일일 강수량을 분석했다. 시간 경과에 따른 지수 변동을 자동으로 보정하는 자가교정 유효가뭄지수를 사용하면 일관적으로 가뭄의 발생빈도와 강도를 평가할 수 있다.
특히 이번 연구에서는 장기간의 역사가 기록된 조선왕조실록과 측우기를 통한 일별 강수량 기록이 활용돼 눈길을 끈다. 유례없는 우리 선조들의 자세한 역사 기록의 가치를 입증한 것이다.
조선시대 기록과 현대 온라인 정보 검색 활동량 자료를 비교한 결과, 조선시대가 현대보다 가뭄에 더 민감하게 반응했던 것으로 조사됐다. 대부분의 조선시대 기록과 현대의 가뭄에 대한 관심 급증은 각각 가뭄 강도가 중간 정도(-1.4 scEDI)와 심각한 정도(-2.0 scEDI)일 때 발견됐다.
이는 사회...
2022-09-05
