- 고가의 탄소나노튜브 사용을 최대 50% 낮추면서도 기계적 물성은 유지 - 현존하는 탄소섬유의 물성 한계를 극복한 차세대 탄소섬유 탄소나노튜브는 강철의 100배 이상 강한 강도를 가지면서 동시에 무게는 1/4 이하로 가볍고 구리 수준의 높은 전기전도도를 가지는 신소재이다. 탄소나노튜브로 섬유를 만든다면, 이론적으로 기존 탄소섬유의 성능을 능가할 수 있어 항공우주, 국방 및 미래 모빌리티 산업의 재료로 주목받고 있다. 그러나 개별 탄소나노튜브의 우수한 물성을 섬유화했을 때 그대로 유지하기가 매우 어렵고, 현재 탄소나노튜브의 가격이 매우 높아 본격적인 상용화에는 어려움이 있었다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 KIST 전북 복합소재기술연구소 탄소융합소재연구센터 구본철 박사 연구팀이 울산과학기술원(UNIST, 총장 이용훈) 채한기 교수 연구팀과의 공동연구를 통해 초고강도·고탄성 탄소나노튜브 복합 탄소섬유 저가 공정기술을 개발했다고 밝혔다. 일반적으로 탄소섬유는 고분자인 폴리아크릴로니트릴 (PAN) 기반의 고강도 섬유 또는 석유 잔사유인 피치를 이용한 고탄성 섬유로 각각 제조한다. KIST 연구진은 탄소나노튜브와 폴리이미드 (PI)를 이용해 높은 강도를 유지하면서 탄성률을 획기적인 수준으로 향상시킨 기술을 개발했다. 연구진은 연속식 습식 방사공정을 이용해 탄소나노튜브와 폴리이미드의 복합섬유를 제조한 후, 고온 열처리하여 강도 (6.2 GPa)를 유지하면서 높은 탄성률 (528 GPa)을 가지는 섬유를 제조하는데 성공했다. 이는 기존에 상용화된 탄소섬유의 탄성률(약 320 GPa)의 1.6배 수준이다. 또한 제조된 섬유의 미세구조를 분석해 탄소나노튜브와 폴리이미드의 복합화가 탄소나노튜브의 배향을 향상시키고, 섬유 내 공극을 줄여 물성이 향상되었음을 검증해냈다. 연구팀은 탄소나노튜브를 저가의 폴리이미드로 최대 50%까지 대체함으로써 가격 경쟁력을 높이는 것과 동시에 초고강도와 탄성률을 유지하는 섬유를 제작할 수 있었다. 구본철 박사는 “이번 연구결과는 저가 고분자를 활용함으로써 탄소나노튜브 기반 탄소섬유 제조원가를 획기적으로 낮출 수 있게 되었다는 데 의의가 있다”고 밝혔다. “그 동안 가격 문제로 활용되지 못했던 항공우주, 국방 및 미래 모빌리티 산업에 향후 활용될 수 있을 것”이라고 기대했다. 본 연구는 KIST의 K-Lab 및 개방형 연구사업(책임자: 김진상 분원장)으로 수행되었으며, 산업통상자원부의 소재부품기술개발사업으로 수행되었다. 연구결과는 ‘Composites Part B: Engineering’(IF: 11.322, JCR 1.63%)의 탄소섬유 개발 50주년 기념 특집호에 게재되었다. * (논문명) Ultrahigh strength and modulus of polyimide-carbon nanotube based carbon and graphitic fibers with superior electrical and thermal conductivities for advanced composite applications - (제 1저자) 한국과학기술연구원(KIST) 김서균 박사후 연구원 - (제 1저자) 한국과학기술연구원, 울산과학기술원(UNIST) 허소정 학연생 - (교신저자) 울산과학기술원 채한기 교수 - (교신저자) 한국과학기술연구원 구본철 책임연구원 ※ 논문 주소: https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2022.110342 [그림 설명] [그림 1] 고강도⸱고탄성율 탄소나노튜브/고분자 복합섬유 및 탄소섬유와 비교

안녕하세요. 연수생/학점인정형인턴쉽 프로그램 문의처 아래와 같이 안내 드립니다. 학연운영팀 csy7@kist.re.kr, 02-958-6217

- KIST 창업기업만을 대상으로 하는 특화 투자설명회 개최 - 국내 유수 투자기관 15개 社, Deep-Tech 기반 창업기업 12개 社 참여 한국과학기술연구원(이하 KIST, 원장 윤석진)은 12월 8일 서울 성북구 KIST 본원에서 창업기업기술 특화 투자설명회인 KiSTART를 개최했다. 본 행사에는 아주 IB 투자, 액트너랩 등 국내 유수 투자기관 15개社와 Deep-Tech(바이오, 소재분야)분야 KIST 창업기업 12개社가 참가했다. KIST는 2014년부터 기술창업을 장려하는 방향으로 창업제도를 개편하고, 홍릉특구 지정을 주도하는 등 창업생태계 구축에 노력을 기울여왔다. 그 결과 최근 3년간 20개 이상의 신규 창업기업이 설립되는 등 창업기업의 수가 급격히 증가하였고, 연간 누적 투자유치액도 300억원을 초과 달성하는 등 창업기업의 성과 또한 두드러지고 있다. 이러한 창업기업의 도약에 힘을 보태고자 KIST 창업기업만을 대상으로 한 특화 투자설명회 KiSTART를 기획하여 올해 처음으로 개최했다. KiSTART는 KIST와 Investment(투자) + Startup(창업기업)의 합성어이다. 분야에 따라 3개 세션(바이오분야 및 재료·소재분야)으로 나누어 진행되었으며, 각 세션 간 창업기업과 투자기관이 자유롭게 의견을 나눌 수 있는 네트워킹 티미팅도 운영했다. 티미팅을 통해 이번 설명회에서 투자가 성사되지 않더라도 향후 사업확장 및 기업성장에 대한 조언 등을 청취할 수 있는 기회를 제공하였다. KIST 윤석진 원장은 “홍릉의 기술창업생태계를 구축하기 위해 KIST는 지속적으로 노력을 기울여왔다. KiSTART가 이러한 클러스터 기반의 대표 행사로 확대, 성장하며 이를 통해 창업기업 성장의 밑거름이 되기를 기대한다.”고 말했다. KIST는 정기적으로 투자설명회를 개최하여 창업기업의 초기 투자성과를지원할 예정이다. 또한 이를 계기로 시리즈A, B 등 대규모 투자로 이어질 수 있는 발판으로 KiSTART를 적극 활용하겠다고 밝혔다. 한편 KIST는 투자설명회, 창업세미나 등과 같은 창업관련 행사를 운영하기 위해 원내에 50석 규모의 IR Room을 구축했으며, 창업활성화 및 창업기업 성장지원을 위한 맞춤형 공간으로 활용될 예정이다. [그림 1] KiSTART 프로그램에 참석한 KIST, 투자기관 관계자들이 단체촬영을 하고있다.

- 땀 유량과 이온 농도를 스파이크 신호로 변환, 처리하는 땀센서 패치 개발 - 장시간 땀 모니터링을 위한 구동 시간 및 에너지 문제를 파격적으로 해결 사람이 흘리는 땀에는 혈액의 대사물질, 이온 농도 그리고 영양분과 같은 화학 정보가 포함되어 있어 웨어러블 센서를 통해 이를 모니터링하면 채혈과 긴 검사 시간 없이 비침습적인 방법으로 건강 상태를 확인할 수 있다. 예를 들어, 땀의 양과 이온 농도를 측정하면 사람들이 신체활동 중 적절한 수분과 나트륨을 유지하는데 도움을 줄 수 있고, 과도한 발한 증상을 확인하여 저혈당 쇼크를 사전에 예방할 수도 있다. 하지만, 웨어러블 땀 센서 패치는 실시간 연속 데이터 무선 전송으로 인한 대량의 중복 데이터가 생성되고, 상당한 에너지를 소비하므로 이를 실용화하기 위해 필요한 충분한 작동 시간을 확보하기 어려웠다. KIST(한국과학기술연구원, 원장 윤석진)은 스핀융합연구단 이현정 책임연구원과 한양대학교 기계공학과 곽노균 교수 연구팀이 감각뉴런의 효율적인 정보처리 방식을 모사함으로써 에너지 효율을 파격적으로 향상시키고, 24시간 이상 작동 가능한 웨어러블 땀 센서 패치를 개발했다고 밝혔다. 인간의 감각 뉴런은 외부자극을 받으면 이를 스파이크 (spike) 형태로 변환하여 정보를 주고받는다. 외부자극의 세기가 강할수록 빠른 주파수의 스파이크 신호가 만들어진다. 뉴런의 이러한 이벤트 기반 스파이크 신호 처리방식은 복잡하고 방대한 외부 자극 데이터를 효율적이면서도 신속하고 정확하게 처리할 수 있도록 한다. 인간의 감각 뉴런처럼 사용자의 건강지표와 관련하여 중요한 이벤트가 발생한 경우에만 데이터를 전송하는 “이벤트 기반 무선 모니터링” 방식을 적용한다면 무선 모니터링의 에너지 소비 문제를 해결할 수 있다. 연구팀은 감각 뉴런의 ‘스파이크 신호’ 기반 무선 웨어러블 땀 센서 패치를 개발하고 이벤트 기반 무선 모니터링을 통해 획기적으로 에너지 소비를 줄이는 기능을 임상시험을 통해 시연하였다. 땀 센서는 원뿔 형태의 개방형 수직 땀 채널 상단에 땀 제거 층이 결합되어 채널에 차오르는 땀을 순간적으로 제거할 수 있는 구조로 되어있다(그림 2). 땀 채널 내벽에는 한 쌍의 전극이 있어 땀이 차오르고 제거되는 과정을 전기적 신호로 변환할 수 있다. 땀이 차오르면 전기적 신호가 증가하다가 땀이 순간적으로 제거되면서 급격히 감소하게 되고, 이러한 과정이 반복되면서 스파이크 형태의 신호가 만들어진다. 스파이크 신호의 주파수와 진폭을 통해 땀을 배출하는 속도와 땀 이온 성분의 농도에 관한 정보를 파악할 수 있다. 또한 채우고 비우기를 반복하는 과정을 통해 땀 센서는 장기간 연속적으로 작동할 수 있으며, 새로 분비된 땀이 이전 땀과 혼합되지 않으므로 정확한 정보를 전달할 수 있다. 연구팀은 실험을 통해 이벤트 기반 데이터 전송 방식의 에너지 소비가 연속 데이터 전송 에너지 소비의 0.63%에 불과하며, 개발한 웨어러블 땀 센서 패치가 24시간 이상 연속으로 작동할 수 있음을 입증하였다. 또한 임상시험을 통해 실제 운동 상황에서 다양한 피부 영역의 땀으로부터 정보를 성공적으로 얻을 수 있었다. 이번 연구결과는 장기간의 땀 모니터링을 가능하게 하여 야간 저혈당 쇼크 및 심장 마비와 같은 급성 질병 또는 그 전조 증상을 감지하는 데 사용될 수 있다. 또한 다른 유형의 피부 부착 센서 및 새로운 컴퓨팅 기술과 결합한다면 보다 에너지 효율적이고 지능적인 디지털 건강관리가 가능할 것으로 기대된다. 본 연구는 삼성미래기술육성사업과 과학기술정보통신부(장관 이종호) 중견연구자지원사업으로 수행되었으며, 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션’ (Nature Communication, IF=17.694, JCR 분야 상위 7.432%)에 Editors’ highlights 논문으로 게재되었다. * (논문명) An epifluidic electronic patch with spiking sweat clearance for event-driven perspiration monitoring - (제 1저자) 한양대학교 김상하 학생연구원 - (제 1저자) 한국과학기술연구원 박성진 인턴연구원 - (제 1저자) 한양대학교 최진아 학생연구원 - (제 1저자) 한국과학기술연구원 황원섭 박사후연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 이현정 책임연구원 - (교신저자) 한양대학교 곽노균 부교수 ※ 논문 주소: https://doi.org/10.1038/s41467-022-34442-y [그림 설명] [그림 1] 생물학적 감각 뉴런과 개발된 땀 센서 패치의 외부 자극에 대한 스파이크 인코딩 모식도 [그림 2] 개발된 땀 센서 패치의 구조 및 작동 원리 (위 그림). 땀 센서 패치를 활용한 스파이크 이벤트 기반 무선 땀 모니터링 임상연구결과 (아래 그림).

- 땀 유량과 이온 농도를 스파이크 신호로 변환, 처리하는 땀센서 패치 개발 - 장시간 땀 모니터링을 위한 구동 시간 및 에너지 문제를 파격적으로 해결 사람이 흘리는 땀에는 혈액의 대사물질, 이온 농도 그리고 영양분과 같은 화학 정보가 포함되어 있어 웨어러블 센서를 통해 이를 모니터링하면 채혈과 긴 검사 시간 없이 비침습적인 방법으로 건강 상태를 확인할 수 있다. 예를 들어, 땀의 양과 이온 농도를 측정하면 사람들이 신체활동 중 적절한 수분과 나트륨을 유지하는데 도움을 줄 수 있고, 과도한 발한 증상을 확인하여 저혈당 쇼크를 사전에 예방할 수도 있다. 하지만, 웨어러블 땀 센서 패치는 실시간 연속 데이터 무선 전송으로 인한 대량의 중복 데이터가 생성되고, 상당한 에너지를 소비하므로 이를 실용화하기 위해 필요한 충분한 작동 시간을 확보하기 어려웠다. KIST(한국과학기술연구원, 원장 윤석진)은 스핀융합연구단 이현정 책임연구원과 한양대학교 기계공학과 곽노균 교수 연구팀이 감각뉴런의 효율적인 정보처리 방식을 모사함으로써 에너지 효율을 파격적으로 향상시키고, 24시간 이상 작동 가능한 웨어러블 땀 센서 패치를 개발했다고 밝혔다. 인간의 감각 뉴런은 외부자극을 받으면 이를 스파이크 (spike) 형태로 변환하여 정보를 주고받는다. 외부자극의 세기가 강할수록 빠른 주파수의 스파이크 신호가 만들어진다. 뉴런의 이러한 이벤트 기반 스파이크 신호 처리방식은 복잡하고 방대한 외부 자극 데이터를 효율적이면서도 신속하고 정확하게 처리할 수 있도록 한다. 인간의 감각 뉴런처럼 사용자의 건강지표와 관련하여 중요한 이벤트가 발생한 경우에만 데이터를 전송하는 “이벤트 기반 무선 모니터링” 방식을 적용한다면 무선 모니터링의 에너지 소비 문제를 해결할 수 있다. 연구팀은 감각 뉴런의 ‘스파이크 신호’ 기반 무선 웨어러블 땀 센서 패치를 개발하고 이벤트 기반 무선 모니터링을 통해 획기적으로 에너지 소비를 줄이는 기능을 임상시험을 통해 시연하였다. 땀 센서는 원뿔 형태의 개방형 수직 땀 채널 상단에 땀 제거 층이 결합되어 채널에 차오르는 땀을 순간적으로 제거할 수 있는 구조로 되어있다(그림 2). 땀 채널 내벽에는 한 쌍의 전극이 있어 땀이 차오르고 제거되는 과정을 전기적 신호로 변환할 수 있다. 땀이 차오르면 전기적 신호가 증가하다가 땀이 순간적으로 제거되면서 급격히 감소하게 되고, 이러한 과정이 반복되면서 스파이크 형태의 신호가 만들어진다. 스파이크 신호의 주파수와 진폭을 통해 땀을 배출하는 속도와 땀 이온 성분의 농도에 관한 정보를 파악할 수 있다. 또한 채우고 비우기를 반복하는 과정을 통해 땀 센서는 장기간 연속적으로 작동할 수 있으며, 새로 분비된 땀이 이전 땀과 혼합되지 않으므로 정확한 정보를 전달할 수 있다. 연구팀은 실험을 통해 이벤트 기반 데이터 전송 방식의 에너지 소비가 연속 데이터 전송 에너지 소비의 0.63%에 불과하며, 개발한 웨어러블 땀 센서 패치가 24시간 이상 연속으로 작동할 수 있음을 입증하였다. 또한 임상시험을 통해 실제 운동 상황에서 다양한 피부 영역의 땀으로부터 정보를 성공적으로 얻을 수 있었다. 이번 연구결과는 장기간의 땀 모니터링을 가능하게 하여 야간 저혈당 쇼크 및 심장 마비와 같은 급성 질병 또는 그 전조 증상을 감지하는 데 사용될 수 있다. 또한 다른 유형의 피부 부착 센서 및 새로운 컴퓨팅 기술과 결합한다면 보다 에너지 효율적이고 지능적인 디지털 건강관리가 가능할 것으로 기대된다. 본 연구는 삼성미래기술육성사업과 과학기술정보통신부(장관 이종호) 중견연구자지원사업으로 수행되었으며, 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션’ (Nature Communication, IF=17.694, JCR 분야 상위 7.432%)에 Editors’ highlights 논문으로 게재되었다. * (논문명) An epifluidic electronic patch with spiking sweat clearance for event-driven perspiration monitoring - (제 1저자) 한양대학교 김상하 학생연구원 - (제 1저자) 한국과학기술연구원 박성진 인턴연구원 - (제 1저자) 한양대학교 최진아 학생연구원 - (제 1저자) 한국과학기술연구원 황원섭 박사후연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 이현정 책임연구원 - (교신저자) 한양대학교 곽노균 부교수 ※ 논문 주소: https://doi.org/10.1038/s41467-022-34442-y [그림 설명] [그림 1] 생물학적 감각 뉴런과 개발된 땀 센서 패치의 외부 자극에 대한 스파이크 인코딩 모식도 [그림 2] 개발된 땀 센서 패치의 구조 및 작동 원리 (위 그림). 땀 센서 패치를 활용한 스파이크 이벤트 기반 무선 땀 모니터링 임상연구결과 (아래 그림).

- 땀 유량과 이온 농도를 스파이크 신호로 변환, 처리하는 땀센서 패치 개발 - 장시간 땀 모니터링을 위한 구동 시간 및 에너지 문제를 파격적으로 해결 사람이 흘리는 땀에는 혈액의 대사물질, 이온 농도 그리고 영양분과 같은 화학 정보가 포함되어 있어 웨어러블 센서를 통해 이를 모니터링하면 채혈과 긴 검사 시간 없이 비침습적인 방법으로 건강 상태를 확인할 수 있다. 예를 들어, 땀의 양과 이온 농도를 측정하면 사람들이 신체활동 중 적절한 수분과 나트륨을 유지하는데 도움을 줄 수 있고, 과도한 발한 증상을 확인하여 저혈당 쇼크를 사전에 예방할 수도 있다. 하지만, 웨어러블 땀 센서 패치는 실시간 연속 데이터 무선 전송으로 인한 대량의 중복 데이터가 생성되고, 상당한 에너지를 소비하므로 이를 실용화하기 위해 필요한 충분한 작동 시간을 확보하기 어려웠다. KIST(한국과학기술연구원, 원장 윤석진)은 스핀융합연구단 이현정 책임연구원과 한양대학교 기계공학과 곽노균 교수 연구팀이 감각뉴런의 효율적인 정보처리 방식을 모사함으로써 에너지 효율을 파격적으로 향상시키고, 24시간 이상 작동 가능한 웨어러블 땀 센서 패치를 개발했다고 밝혔다. 인간의 감각 뉴런은 외부자극을 받으면 이를 스파이크 (spike) 형태로 변환하여 정보를 주고받는다. 외부자극의 세기가 강할수록 빠른 주파수의 스파이크 신호가 만들어진다. 뉴런의 이러한 이벤트 기반 스파이크 신호 처리방식은 복잡하고 방대한 외부 자극 데이터를 효율적이면서도 신속하고 정확하게 처리할 수 있도록 한다. 인간의 감각 뉴런처럼 사용자의 건강지표와 관련하여 중요한 이벤트가 발생한 경우에만 데이터를 전송하는 “이벤트 기반 무선 모니터링” 방식을 적용한다면 무선 모니터링의 에너지 소비 문제를 해결할 수 있다. 연구팀은 감각 뉴런의 ‘스파이크 신호’ 기반 무선 웨어러블 땀 센서 패치를 개발하고 이벤트 기반 무선 모니터링을 통해 획기적으로 에너지 소비를 줄이는 기능을 임상시험을 통해 시연하였다. 땀 센서는 원뿔 형태의 개방형 수직 땀 채널 상단에 땀 제거 층이 결합되어 채널에 차오르는 땀을 순간적으로 제거할 수 있는 구조로 되어있다(그림 2). 땀 채널 내벽에는 한 쌍의 전극이 있어 땀이 차오르고 제거되는 과정을 전기적 신호로 변환할 수 있다. 땀이 차오르면 전기적 신호가 증가하다가 땀이 순간적으로 제거되면서 급격히 감소하게 되고, 이러한 과정이 반복되면서 스파이크 형태의 신호가 만들어진다. 스파이크 신호의 주파수와 진폭을 통해 땀을 배출하는 속도와 땀 이온 성분의 농도에 관한 정보를 파악할 수 있다. 또한 채우고 비우기를 반복하는 과정을 통해 땀 센서는 장기간 연속적으로 작동할 수 있으며, 새로 분비된 땀이 이전 땀과 혼합되지 않으므로 정확한 정보를 전달할 수 있다. 연구팀은 실험을 통해 이벤트 기반 데이터 전송 방식의 에너지 소비가 연속 데이터 전송 에너지 소비의 0.63%에 불과하며, 개발한 웨어러블 땀 센서 패치가 24시간 이상 연속으로 작동할 수 있음을 입증하였다. 또한 임상시험을 통해 실제 운동 상황에서 다양한 피부 영역의 땀으로부터 정보를 성공적으로 얻을 수 있었다. 이번 연구결과는 장기간의 땀 모니터링을 가능하게 하여 야간 저혈당 쇼크 및 심장 마비와 같은 급성 질병 또는 그 전조 증상을 감지하는 데 사용될 수 있다. 또한 다른 유형의 피부 부착 센서 및 새로운 컴퓨팅 기술과 결합한다면 보다 에너지 효율적이고 지능적인 디지털 건강관리가 가능할 것으로 기대된다. 본 연구는 삼성미래기술육성사업과 과학기술정보통신부(장관 이종호) 중견연구자지원사업으로 수행되었으며, 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션’ (Nature Communication, IF=17.694, JCR 분야 상위 7.432%)에 Editors’ highlights 논문으로 게재되었다. * (논문명) An epifluidic electronic patch with spiking sweat clearance for event-driven perspiration monitoring - (제 1저자) 한양대학교 김상하 학생연구원 - (제 1저자) 한국과학기술연구원 박성진 인턴연구원 - (제 1저자) 한양대학교 최진아 학생연구원 - (제 1저자) 한국과학기술연구원 황원섭 박사후연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 이현정 책임연구원 - (교신저자) 한양대학교 곽노균 부교수 ※ 논문 주소: https://doi.org/10.1038/s41467-022-34442-y [그림 설명] [그림 1] 생물학적 감각 뉴런과 개발된 땀 센서 패치의 외부 자극에 대한 스파이크 인코딩 모식도 [그림 2] 개발된 땀 센서 패치의 구조 및 작동 원리 (위 그림). 땀 센서 패치를 활용한 스파이크 이벤트 기반 무선 땀 모니터링 임상연구결과 (아래 그림).

- 땀 유량과 이온 농도를 스파이크 신호로 변환, 처리하는 땀센서 패치 개발 - 장시간 땀 모니터링을 위한 구동 시간 및 에너지 문제를 파격적으로 해결 사람이 흘리는 땀에는 혈액의 대사물질, 이온 농도 그리고 영양분과 같은 화학 정보가 포함되어 있어 웨어러블 센서를 통해 이를 모니터링하면 채혈과 긴 검사 시간 없이 비침습적인 방법으로 건강 상태를 확인할 수 있다. 예를 들어, 땀의 양과 이온 농도를 측정하면 사람들이 신체활동 중 적절한 수분과 나트륨을 유지하는데 도움을 줄 수 있고, 과도한 발한 증상을 확인하여 저혈당 쇼크를 사전에 예방할 수도 있다. 하지만, 웨어러블 땀 센서 패치는 실시간 연속 데이터 무선 전송으로 인한 대량의 중복 데이터가 생성되고, 상당한 에너지를 소비하므로 이를 실용화하기 위해 필요한 충분한 작동 시간을 확보하기 어려웠다. KIST(한국과학기술연구원, 원장 윤석진)은 스핀융합연구단 이현정 책임연구원과 한양대학교 기계공학과 곽노균 교수 연구팀이 감각뉴런의 효율적인 정보처리 방식을 모사함으로써 에너지 효율을 파격적으로 향상시키고, 24시간 이상 작동 가능한 웨어러블 땀 센서 패치를 개발했다고 밝혔다. 인간의 감각 뉴런은 외부자극을 받으면 이를 스파이크 (spike) 형태로 변환하여 정보를 주고받는다. 외부자극의 세기가 강할수록 빠른 주파수의 스파이크 신호가 만들어진다. 뉴런의 이러한 이벤트 기반 스파이크 신호 처리방식은 복잡하고 방대한 외부 자극 데이터를 효율적이면서도 신속하고 정확하게 처리할 수 있도록 한다. 인간의 감각 뉴런처럼 사용자의 건강지표와 관련하여 중요한 이벤트가 발생한 경우에만 데이터를 전송하는 “이벤트 기반 무선 모니터링” 방식을 적용한다면 무선 모니터링의 에너지 소비 문제를 해결할 수 있다. 연구팀은 감각 뉴런의 ‘스파이크 신호’ 기반 무선 웨어러블 땀 센서 패치를 개발하고 이벤트 기반 무선 모니터링을 통해 획기적으로 에너지 소비를 줄이는 기능을 임상시험을 통해 시연하였다. 땀 센서는 원뿔 형태의 개방형 수직 땀 채널 상단에 땀 제거 층이 결합되어 채널에 차오르는 땀을 순간적으로 제거할 수 있는 구조로 되어있다(그림 2). 땀 채널 내벽에는 한 쌍의 전극이 있어 땀이 차오르고 제거되는 과정을 전기적 신호로 변환할 수 있다. 땀이 차오르면 전기적 신호가 증가하다가 땀이 순간적으로 제거되면서 급격히 감소하게 되고, 이러한 과정이 반복되면서 스파이크 형태의 신호가 만들어진다. 스파이크 신호의 주파수와 진폭을 통해 땀을 배출하는 속도와 땀 이온 성분의 농도에 관한 정보를 파악할 수 있다. 또한 채우고 비우기를 반복하는 과정을 통해 땀 센서는 장기간 연속적으로 작동할 수 있으며, 새로 분비된 땀이 이전 땀과 혼합되지 않으므로 정확한 정보를 전달할 수 있다. 연구팀은 실험을 통해 이벤트 기반 데이터 전송 방식의 에너지 소비가 연속 데이터 전송 에너지 소비의 0.63%에 불과하며, 개발한 웨어러블 땀 센서 패치가 24시간 이상 연속으로 작동할 수 있음을 입증하였다. 또한 임상시험을 통해 실제 운동 상황에서 다양한 피부 영역의 땀으로부터 정보를 성공적으로 얻을 수 있었다. 이번 연구결과는 장기간의 땀 모니터링을 가능하게 하여 야간 저혈당 쇼크 및 심장 마비와 같은 급성 질병 또는 그 전조 증상을 감지하는 데 사용될 수 있다. 또한 다른 유형의 피부 부착 센서 및 새로운 컴퓨팅 기술과 결합한다면 보다 에너지 효율적이고 지능적인 디지털 건강관리가 가능할 것으로 기대된다. 본 연구는 삼성미래기술육성사업과 과학기술정보통신부(장관 이종호) 중견연구자지원사업으로 수행되었으며, 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션’ (Nature Communication, IF=17.694, JCR 분야 상위 7.432%)에 Editors’ highlights 논문으로 게재되었다. * (논문명) An epifluidic electronic patch with spiking sweat clearance for event-driven perspiration monitoring - (제 1저자) 한양대학교 김상하 학생연구원 - (제 1저자) 한국과학기술연구원 박성진 인턴연구원 - (제 1저자) 한양대학교 최진아 학생연구원 - (제 1저자) 한국과학기술연구원 황원섭 박사후연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 이현정 책임연구원 - (교신저자) 한양대학교 곽노균 부교수 ※ 논문 주소: https://doi.org/10.1038/s41467-022-34442-y [그림 설명] [그림 1] 생물학적 감각 뉴런과 개발된 땀 센서 패치의 외부 자극에 대한 스파이크 인코딩 모식도 [그림 2] 개발된 땀 센서 패치의 구조 및 작동 원리 (위 그림). 땀 센서 패치를 활용한 스파이크 이벤트 기반 무선 땀 모니터링 임상연구결과 (아래 그림).

- 땀 유량과 이온 농도를 스파이크 신호로 변환, 처리하는 땀센서 패치 개발 - 장시간 땀 모니터링을 위한 구동 시간 및 에너지 문제를 파격적으로 해결 사람이 흘리는 땀에는 혈액의 대사물질, 이온 농도 그리고 영양분과 같은 화학 정보가 포함되어 있어 웨어러블 센서를 통해 이를 모니터링하면 채혈과 긴 검사 시간 없이 비침습적인 방법으로 건강 상태를 확인할 수 있다. 예를 들어, 땀의 양과 이온 농도를 측정하면 사람들이 신체활동 중 적절한 수분과 나트륨을 유지하는데 도움을 줄 수 있고, 과도한 발한 증상을 확인하여 저혈당 쇼크를 사전에 예방할 수도 있다. 하지만, 웨어러블 땀 센서 패치는 실시간 연속 데이터 무선 전송으로 인한 대량의 중복 데이터가 생성되고, 상당한 에너지를 소비하므로 이를 실용화하기 위해 필요한 충분한 작동 시간을 확보하기 어려웠다. KIST(한국과학기술연구원, 원장 윤석진)은 스핀융합연구단 이현정 책임연구원과 한양대학교 기계공학과 곽노균 교수 연구팀이 감각뉴런의 효율적인 정보처리 방식을 모사함으로써 에너지 효율을 파격적으로 향상시키고, 24시간 이상 작동 가능한 웨어러블 땀 센서 패치를 개발했다고 밝혔다. 인간의 감각 뉴런은 외부자극을 받으면 이를 스파이크 (spike) 형태로 변환하여 정보를 주고받는다. 외부자극의 세기가 강할수록 빠른 주파수의 스파이크 신호가 만들어진다. 뉴런의 이러한 이벤트 기반 스파이크 신호 처리방식은 복잡하고 방대한 외부 자극 데이터를 효율적이면서도 신속하고 정확하게 처리할 수 있도록 한다. 인간의 감각 뉴런처럼 사용자의 건강지표와 관련하여 중요한 이벤트가 발생한 경우에만 데이터를 전송하는 “이벤트 기반 무선 모니터링” 방식을 적용한다면 무선 모니터링의 에너지 소비 문제를 해결할 수 있다. 연구팀은 감각 뉴런의 ‘스파이크 신호’ 기반 무선 웨어러블 땀 센서 패치를 개발하고 이벤트 기반 무선 모니터링을 통해 획기적으로 에너지 소비를 줄이는 기능을 임상시험을 통해 시연하였다. 땀 센서는 원뿔 형태의 개방형 수직 땀 채널 상단에 땀 제거 층이 결합되어 채널에 차오르는 땀을 순간적으로 제거할 수 있는 구조로 되어있다(그림 2). 땀 채널 내벽에는 한 쌍의 전극이 있어 땀이 차오르고 제거되는 과정을 전기적 신호로 변환할 수 있다. 땀이 차오르면 전기적 신호가 증가하다가 땀이 순간적으로 제거되면서 급격히 감소하게 되고, 이러한 과정이 반복되면서 스파이크 형태의 신호가 만들어진다. 스파이크 신호의 주파수와 진폭을 통해 땀을 배출하는 속도와 땀 이온 성분의 농도에 관한 정보를 파악할 수 있다. 또한 채우고 비우기를 반복하는 과정을 통해 땀 센서는 장기간 연속적으로 작동할 수 있으며, 새로 분비된 땀이 이전 땀과 혼합되지 않으므로 정확한 정보를 전달할 수 있다. 연구팀은 실험을 통해 이벤트 기반 데이터 전송 방식의 에너지 소비가 연속 데이터 전송 에너지 소비의 0.63%에 불과하며, 개발한 웨어러블 땀 센서 패치가 24시간 이상 연속으로 작동할 수 있음을 입증하였다. 또한 임상시험을 통해 실제 운동 상황에서 다양한 피부 영역의 땀으로부터 정보를 성공적으로 얻을 수 있었다. 이번 연구결과는 장기간의 땀 모니터링을 가능하게 하여 야간 저혈당 쇼크 및 심장 마비와 같은 급성 질병 또는 그 전조 증상을 감지하는 데 사용될 수 있다. 또한 다른 유형의 피부 부착 센서 및 새로운 컴퓨팅 기술과 결합한다면 보다 에너지 효율적이고 지능적인 디지털 건강관리가 가능할 것으로 기대된다. 본 연구는 삼성미래기술육성사업과 과학기술정보통신부(장관 이종호) 중견연구자지원사업으로 수행되었으며, 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션’ (Nature Communication, IF=17.694, JCR 분야 상위 7.432%)에 Editors’ highlights 논문으로 게재되었다. * (논문명) An epifluidic electronic patch with spiking sweat clearance for event-driven perspiration monitoring - (제 1저자) 한양대학교 김상하 학생연구원 - (제 1저자) 한국과학기술연구원 박성진 인턴연구원 - (제 1저자) 한양대학교 최진아 학생연구원 - (제 1저자) 한국과학기술연구원 황원섭 박사후연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 이현정 책임연구원 - (교신저자) 한양대학교 곽노균 부교수 ※ 논문 주소: https://doi.org/10.1038/s41467-022-34442-y [그림 설명] [그림 1] 생물학적 감각 뉴런과 개발된 땀 센서 패치의 외부 자극에 대한 스파이크 인코딩 모식도 [그림 2] 개발된 땀 센서 패치의 구조 및 작동 원리 (위 그림). 땀 센서 패치를 활용한 스파이크 이벤트 기반 무선 땀 모니터링 임상연구결과 (아래 그림).

- 땀 유량과 이온 농도를 스파이크 신호로 변환, 처리하는 땀센서 패치 개발 - 장시간 땀 모니터링을 위한 구동 시간 및 에너지 문제를 파격적으로 해결 사람이 흘리는 땀에는 혈액의 대사물질, 이온 농도 그리고 영양분과 같은 화학 정보가 포함되어 있어 웨어러블 센서를 통해 이를 모니터링하면 채혈과 긴 검사 시간 없이 비침습적인 방법으로 건강 상태를 확인할 수 있다. 예를 들어, 땀의 양과 이온 농도를 측정하면 사람들이 신체활동 중 적절한 수분과 나트륨을 유지하는데 도움을 줄 수 있고, 과도한 발한 증상을 확인하여 저혈당 쇼크를 사전에 예방할 수도 있다. 하지만, 웨어러블 땀 센서 패치는 실시간 연속 데이터 무선 전송으로 인한 대량의 중복 데이터가 생성되고, 상당한 에너지를 소비하므로 이를 실용화하기 위해 필요한 충분한 작동 시간을 확보하기 어려웠다. KIST(한국과학기술연구원, 원장 윤석진)은 스핀융합연구단 이현정 책임연구원과 한양대학교 기계공학과 곽노균 교수 연구팀이 감각뉴런의 효율적인 정보처리 방식을 모사함으로써 에너지 효율을 파격적으로 향상시키고, 24시간 이상 작동 가능한 웨어러블 땀 센서 패치를 개발했다고 밝혔다. 인간의 감각 뉴런은 외부자극을 받으면 이를 스파이크 (spike) 형태로 변환하여 정보를 주고받는다. 외부자극의 세기가 강할수록 빠른 주파수의 스파이크 신호가 만들어진다. 뉴런의 이러한 이벤트 기반 스파이크 신호 처리방식은 복잡하고 방대한 외부 자극 데이터를 효율적이면서도 신속하고 정확하게 처리할 수 있도록 한다. 인간의 감각 뉴런처럼 사용자의 건강지표와 관련하여 중요한 이벤트가 발생한 경우에만 데이터를 전송하는 “이벤트 기반 무선 모니터링” 방식을 적용한다면 무선 모니터링의 에너지 소비 문제를 해결할 수 있다. 연구팀은 감각 뉴런의 ‘스파이크 신호’ 기반 무선 웨어러블 땀 센서 패치를 개발하고 이벤트 기반 무선 모니터링을 통해 획기적으로 에너지 소비를 줄이는 기능을 임상시험을 통해 시연하였다. 땀 센서는 원뿔 형태의 개방형 수직 땀 채널 상단에 땀 제거 층이 결합되어 채널에 차오르는 땀을 순간적으로 제거할 수 있는 구조로 되어있다(그림 2). 땀 채널 내벽에는 한 쌍의 전극이 있어 땀이 차오르고 제거되는 과정을 전기적 신호로 변환할 수 있다. 땀이 차오르면 전기적 신호가 증가하다가 땀이 순간적으로 제거되면서 급격히 감소하게 되고, 이러한 과정이 반복되면서 스파이크 형태의 신호가 만들어진다. 스파이크 신호의 주파수와 진폭을 통해 땀을 배출하는 속도와 땀 이온 성분의 농도에 관한 정보를 파악할 수 있다. 또한 채우고 비우기를 반복하는 과정을 통해 땀 센서는 장기간 연속적으로 작동할 수 있으며, 새로 분비된 땀이 이전 땀과 혼합되지 않으므로 정확한 정보를 전달할 수 있다. 연구팀은 실험을 통해 이벤트 기반 데이터 전송 방식의 에너지 소비가 연속 데이터 전송 에너지 소비의 0.63%에 불과하며, 개발한 웨어러블 땀 센서 패치가 24시간 이상 연속으로 작동할 수 있음을 입증하였다. 또한 임상시험을 통해 실제 운동 상황에서 다양한 피부 영역의 땀으로부터 정보를 성공적으로 얻을 수 있었다. 이번 연구결과는 장기간의 땀 모니터링을 가능하게 하여 야간 저혈당 쇼크 및 심장 마비와 같은 급성 질병 또는 그 전조 증상을 감지하는 데 사용될 수 있다. 또한 다른 유형의 피부 부착 센서 및 새로운 컴퓨팅 기술과 결합한다면 보다 에너지 효율적이고 지능적인 디지털 건강관리가 가능할 것으로 기대된다. 본 연구는 삼성미래기술육성사업과 과학기술정보통신부(장관 이종호) 중견연구자지원사업으로 수행되었으며, 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션’ (Nature Communication, IF=17.694, JCR 분야 상위 7.432%)에 Editors’ highlights 논문으로 게재되었다. * (논문명) An epifluidic electronic patch with spiking sweat clearance for event-driven perspiration monitoring - (제 1저자) 한양대학교 김상하 학생연구원 - (제 1저자) 한국과학기술연구원 박성진 인턴연구원 - (제 1저자) 한양대학교 최진아 학생연구원 - (제 1저자) 한국과학기술연구원 황원섭 박사후연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 이현정 책임연구원 - (교신저자) 한양대학교 곽노균 부교수 ※ 논문 주소: https://doi.org/10.1038/s41467-022-34442-y [그림 설명] [그림 1] 생물학적 감각 뉴런과 개발된 땀 센서 패치의 외부 자극에 대한 스파이크 인코딩 모식도 [그림 2] 개발된 땀 센서 패치의 구조 및 작동 원리 (위 그림). 땀 센서 패치를 활용한 스파이크 이벤트 기반 무선 땀 모니터링 임상연구결과 (아래 그림).

- 땀 유량과 이온 농도를 스파이크 신호로 변환, 처리하는 땀센서 패치 개발 - 장시간 땀 모니터링을 위한 구동 시간 및 에너지 문제를 파격적으로 해결 사람이 흘리는 땀에는 혈액의 대사물질, 이온 농도 그리고 영양분과 같은 화학 정보가 포함되어 있어 웨어러블 센서를 통해 이를 모니터링하면 채혈과 긴 검사 시간 없이 비침습적인 방법으로 건강 상태를 확인할 수 있다. 예를 들어, 땀의 양과 이온 농도를 측정하면 사람들이 신체활동 중 적절한 수분과 나트륨을 유지하는데 도움을 줄 수 있고, 과도한 발한 증상을 확인하여 저혈당 쇼크를 사전에 예방할 수도 있다. 하지만, 웨어러블 땀 센서 패치는 실시간 연속 데이터 무선 전송으로 인한 대량의 중복 데이터가 생성되고, 상당한 에너지를 소비하므로 이를 실용화하기 위해 필요한 충분한 작동 시간을 확보하기 어려웠다. KIST(한국과학기술연구원, 원장 윤석진)은 스핀융합연구단 이현정 책임연구원과 한양대학교 기계공학과 곽노균 교수 연구팀이 감각뉴런의 효율적인 정보처리 방식을 모사함으로써 에너지 효율을 파격적으로 향상시키고, 24시간 이상 작동 가능한 웨어러블 땀 센서 패치를 개발했다고 밝혔다. 인간의 감각 뉴런은 외부자극을 받으면 이를 스파이크 (spike) 형태로 변환하여 정보를 주고받는다. 외부자극의 세기가 강할수록 빠른 주파수의 스파이크 신호가 만들어진다. 뉴런의 이러한 이벤트 기반 스파이크 신호 처리방식은 복잡하고 방대한 외부 자극 데이터를 효율적이면서도 신속하고 정확하게 처리할 수 있도록 한다. 인간의 감각 뉴런처럼 사용자의 건강지표와 관련하여 중요한 이벤트가 발생한 경우에만 데이터를 전송하는 “이벤트 기반 무선 모니터링” 방식을 적용한다면 무선 모니터링의 에너지 소비 문제를 해결할 수 있다. 연구팀은 감각 뉴런의 ‘스파이크 신호’ 기반 무선 웨어러블 땀 센서 패치를 개발하고 이벤트 기반 무선 모니터링을 통해 획기적으로 에너지 소비를 줄이는 기능을 임상시험을 통해 시연하였다. 땀 센서는 원뿔 형태의 개방형 수직 땀 채널 상단에 땀 제거 층이 결합되어 채널에 차오르는 땀을 순간적으로 제거할 수 있는 구조로 되어있다(그림 2). 땀 채널 내벽에는 한 쌍의 전극이 있어 땀이 차오르고 제거되는 과정을 전기적 신호로 변환할 수 있다. 땀이 차오르면 전기적 신호가 증가하다가 땀이 순간적으로 제거되면서 급격히 감소하게 되고, 이러한 과정이 반복되면서 스파이크 형태의 신호가 만들어진다. 스파이크 신호의 주파수와 진폭을 통해 땀을 배출하는 속도와 땀 이온 성분의 농도에 관한 정보를 파악할 수 있다. 또한 채우고 비우기를 반복하는 과정을 통해 땀 센서는 장기간 연속적으로 작동할 수 있으며, 새로 분비된 땀이 이전 땀과 혼합되지 않으므로 정확한 정보를 전달할 수 있다. 연구팀은 실험을 통해 이벤트 기반 데이터 전송 방식의 에너지 소비가 연속 데이터 전송 에너지 소비의 0.63%에 불과하며, 개발한 웨어러블 땀 센서 패치가 24시간 이상 연속으로 작동할 수 있음을 입증하였다. 또한 임상시험을 통해 실제 운동 상황에서 다양한 피부 영역의 땀으로부터 정보를 성공적으로 얻을 수 있었다. 이번 연구결과는 장기간의 땀 모니터링을 가능하게 하여 야간 저혈당 쇼크 및 심장 마비와 같은 급성 질병 또는 그 전조 증상을 감지하는 데 사용될 수 있다. 또한 다른 유형의 피부 부착 센서 및 새로운 컴퓨팅 기술과 결합한다면 보다 에너지 효율적이고 지능적인 디지털 건강관리가 가능할 것으로 기대된다. 본 연구는 삼성미래기술육성사업과 과학기술정보통신부(장관 이종호) 중견연구자지원사업으로 수행되었으며, 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션’ (Nature Communication, IF=17.694, JCR 분야 상위 7.432%)에 Editors’ highlights 논문으로 게재되었다. * (논문명) An epifluidic electronic patch with spiking sweat clearance for event-driven perspiration monitoring - (제 1저자) 한양대학교 김상하 학생연구원 - (제 1저자) 한국과학기술연구원 박성진 인턴연구원 - (제 1저자) 한양대학교 최진아 학생연구원 - (제 1저자) 한국과학기술연구원 황원섭 박사후연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 이현정 책임연구원 - (교신저자) 한양대학교 곽노균 부교수 ※ 논문 주소: https://doi.org/10.1038/s41467-022-34442-y [그림 설명] [그림 1] 생물학적 감각 뉴런과 개발된 땀 센서 패치의 외부 자극에 대한 스파이크 인코딩 모식도 [그림 2] 개발된 땀 센서 패치의 구조 및 작동 원리 (위 그림). 땀 센서 패치를 활용한 스파이크 이벤트 기반 무선 땀 모니터링 임상연구결과 (아래 그림).