신체에 부착하는 건강 웨어러블 디바이스

PATENT SQUARE Offical Writer
2021-04-14
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< ©medium >


Apple의 에어팟(Airpods)과 삼성의 갤럭시 버즈(Galaxy Buds)가 웨어러블 기기의 전성기를 이끌어냈다. 카운터포인터리서치에 따르면 올해 무선 이어폰 시장 규모는 연간 166억달러(약 19조원) 규모로, 작년에 비해 3배 이상의 성장을 기록했다. 이렇듯 유선에서 무선으로 완벽히 세대 교체를 이뤄낸 이어폰 시장에 이어 그 외에도 다양한 분야에서 웨어러블 기술이 개발되어 우리 생활 속에 밀접하게 다가오고 있다. 특히 웨어러블 시장의 확대로 인해 건강 분야가 큰 관심을 받고 있다. 병원에 가지 않아도 실생활에서 간편하게 착용하는 것만으로 건강을 챙길 수 있다는 점이 큰 주목을 끈 것이다. 이번 Design close up에서는 주목받고 있는 건강 분야에 관련한 웨어러블 장치에 대해 다루어보도록 하겠다.


○ 체성분을 측정해주는 웨어러블 장치

< ©SAMSUNG >


삼성전자가 새로운 갤럭시 워치 액티브2(Galaxy Watch) 시리즈에 확장된 건강관리 분야를 접목시켰다. HIRM 센서가 사용자의 손목과 밀착되는 기기 후면에 탑재되어 더욱 정확한 사용자의 심박수, 혈중 산소포화도(SpO2) 수치를 제공하며 심장 모니터링 기능인 심전도까지 측정할 수 있다. 그러나 국내에는 심전도 측정 기능을 제공하지 않는데, 이는 현행 의료법에서 손목시계형 심전도 측정 장치를 제한적으로 허가하고 있기 때문이다. 현재 미국 경찰의 경우 IBM과 일시적으로 협력해 원격 의료를 실시하고 있어 건강 웨어러블 장치를 차고 있다가 심장 박동수나 신체에 이상이 있다는 신호가 병원측에 공유되면 즉시 구조대를 보낼 수 있게 하는 프로젝트가 실행되고 있다.


< WEARABLE SENSOR TO MONITOR BIOSIGNAL AND METHOD TO MONITOR BIOSIGNAL USING WEARABLE DEVICE (14882616 ) / Samsung Electronics Co., Ltd. >


○ 피부 건강을 체크하는 스마트 헬스 기기

< ©WAYSKIN >


웨이웨어러블 웨이스킨 (Way Wearable Wayskin)은 피부 상태를 확인할 수 있는 스마트기기이다. LED 반대편에는 피부에 가져다 대면 자외선을 측정 할 수 있는 UV 센서, 습도, BIA 센서 등 모두 세 가지의 센서가 담겨 있으며 IoT 기기와 연동하여 피부 상태를 진단해준다. 특히 피부에 관한 자세한 정보를 얻기 위해서는 어플리케이션을 통해 블루투스로 연동하면 현 피부 상태, 추천하는 화장품, 스킨케이팁 등으로 사용자의 문제점과 해결책을 동시에 제공한다.


○ 땀 입자를 통해 건강을 체크하는 센서 시스템

< ©Wikimedia Commons >


Apple은 건강관리 분야에서 다양한 제품을 선보이며 최근에는 애플워치 시리즈 4에서 심방세동 검출 및 심전도 검출을 위한 기능을 FDA 허가를 받아 원격진료의 선두주자가 되었다. 뿐만 아니라 공기 중의 땀 입자를 분석하여 혈당 수치를 체크할 수 있는 센서를 개발했다. 이는 지금까지 나왔던 단순한 혈당 검사 시스템과 다르게 정확한 정보를 위해 두 개의 센서가 작동한다. 하나는 광검출기(photodetectors)를 사용해 공기 속의 입자를 측정하고, 다른 하나로는 냄새를 감지하는 이온 액체 센서(an array of ionic liquid sensors)를 사용한다. 이러한 세밀한 센서를 통해 사용자에 맞는 알고리즘을 만들어 건강을 체크한다는 원리이다. 특히 냄새를 검출하는 센서는 더 나아가 보건, 안전 분야에서 독성이 있는 가스 등에 대해 사용자에게 미리 경고를 할 수도 있으며 인간의 땀에 있는 화합물을 측정해 당도 등을 알려주어 위험 상황을 예방할 수 있다. 이 외에도 Apple은 특허 출원을 통해 스마트 밴드를 스마트 워치처럼 손목에 차는 것 외에도 신체의 다양한 부위에 부착하고 최종적으로는 스마트클로즈(Smart Clothes)를 개발하는데 주력하고 있다고 밝혔다.

< SYSTEMS AND METHODS FOR ENVIRONMENT SENSING (16147510 ) / Apple inc. >


○ 손목에 착용하는 알러지 주사

< ©Brandon Martin/Rice University >


알레르기성 반응이 쉽게 나타나는 사람은 심각한 호흡 곤란, 두드러기 증상 등이 나타나기 전에 에피네프린 주사를 맞아야 함을 알고 있을 것이다. 그러나 이러한 주사를 항시 들고 다니기도 어려우며 알레르기 반응은 갑자기 나타나기 때문에 근처에 병원이 없는 경우 위험할 수 있다. 이에 라이스 대학교(Rice University) 대학생은 내장형 에프네프린 주사기 웨어러블을 개발했다. 에피와이러(EpiWear)라고 불리는 이 장치는 손목 혹은 몸의 다른 부위에 착용하고 안전 레버를 가볍게 쳐서 버튼을 누르면 즉시 허벅지에 주입할 수 있다. 시중에 있는 에피네프린 주사는 알레르기 반응이 나타나서 발작 혹은 손 떨림 증상이 동반될 때 주위의 도움 없이 몸에 주입하기 어렵다는 문제점을 반영해서 개발한 것이다.


○ 시야 확보에 어려움을 겪는 사람에게 완전한 이미지를 관찰 가능하게 하는 단말 장치


< ©Apple (특허 도면 中 일부) >


Apple은 지속적으로 카메라에서 일어나는 문제점을 해결하고자 노력했다. 대표적으로 카메라의 왜곡, 방해물로 인한 인식 기능의 저하 등이 있다. 이러한 카메라의 문제를 해결함으로써 특정 시력에 문제를 가진 사람에게도 적용 할 수 있는 기술로 주목을 받기도 했다. 사람들은 시야에 맹점(Blind Spot)이 생겨 완전한 시야를 확보하지 못하고 일부분을 보지 못하는 문제점을 동반한다. 이후 Apple은 이러한 문제점을 종합해서 ‘Warping Module’을 개발했다.


사용법은 간단하다. 먼저 아이폰 카메라나 AR 단말기로 보고자 하는 곳을 찍거나 바라본다. 그 과정에서 Warping Module은 사용자의 시선을 감지하고 추적해서 사용자의 맹점이 어딘지 인식하고 지속적으로 이미지를 교체해 사용자에게 피드백을 받는다. 뿐만 아니라 사진을 찍었을 때 장애물에 의해 화면의 일부분이 가려진 경우에도 이러한 기술을 적용할 수 있다. Warping Module이 사용자가 찍은 환경에 대한 이미지를 인식한 후 이를 기반으로 가려지거나 왜곡된 이미지를 그에 맞게 교체해서 보여주는 것이다.

< Augmented reality device to warp images (15713246 ) / Apple inc. >


○ 신체의 열을 흡수하고 반사시켜 신체를 회복하도록 돕는 스마트 의류

< ©weartesters >


언더 아머(Under Armour)는 스마트 의류(Smart Clothing)의 선두주자로, 최근에 신체 기능을 회복할 수 있도록 돕는 제품을 선보였다. 즉 옷 안쪽에 바이오세라믹 패턴이 새겨져 있어 이를 통해 인체의 열을 흡수하고 다시 반사시키는 것이다. 이는 근육 회복, 이완에 큰 효능을 가지고 있는 원적외선(far infrared light)을 신체에 쏘여주는 것과 비슷한 기능을 해서 운동 선수의 재활에도 종종 쓰이는 제품이다. 수면 하는 동안에는 사용자가 원한다면 열 흡수와 반사 작용을 더욱 강화시켜 재활을 촉진시킨다.


○ 스트레스 측정 및 관리용 건강 반지


< ©OMNIFIT >


옴니핏 링은 반지형태로 손가락 두께와 길이에 따라 조절할 수 있으며, 생체신호인 맥파를 측정하여 1분 이내로 스트레스, 자율신경 건강 상태를 진단해준다. 평소 활동하면서 착용하면 스트레스 상태, 심장건강, 신체활력도 등을 알 수 있으며 수면 중에는 수면 패턴, 얕은 수면 정도, 뒷척임 횟수, 심박수 등의 정보를 제공한다. 이러한 정보는 전용 어플리케이션을 휴대폰에 다운받으면 자세하게 알 수 있으며 자신의 문제점을 발견해 이를 해결할 수 있는 콘텐츠도 제공한다. 대표적으로 스트레스가 높은 사용자에게는 이를 완화할 수 있는 호흡법과 바이올린, 피아노 연주곡 등을 무료로 제공하여 결과적으로 스트레스 완화, 집중력 강화 등 사용자에게 필요한 상태가 되게끔 돕는 것이다.


○ 최소 시간, 최대 효용의 의료 웨어러블 시대를 기대하며

< ©WEARABLE TECHNOLOGIES >


이처럼 웨어러블 제품에 다양하고 새로운 기술이 접목되어 헬스케어 웨어러블 시장의 규모가 지난해 대비 3배 이상으로 성장했다. 앞서 언급한 것처럼 미국에서는 FDA의 승인을 받은 APPLE 제품 등 여러 회사에서 원격 의료를 보편화하기 위해 다양한 제품을 개발하고 있다. 지금 당장은 간단한 수준의 심박동 측정부터 알러지 반응, 기절 등의 상황에 대처하는 간단한 수준이라면 20년 후의 웨어러블 시장은 현재 의료 기관에 가야만 받을 수 있는 의료 서비스까지 제공하는 수준으로 전망되고 있다. 즉 현재 병원에서 제공받는 수준 높은 의료 서비스와 개개인의 시간에 맞춘 의료 서비스가 접목되어 최소 시간, 최대 치료가 가능할 수 있게 되는 것이다. 이렇듯 디지털 헬스 케어 시대의 효용성을 극대화할 수 있는 웨어러블 디바이스가 빠른 시일 내에 전성기를 맞기를 기대해본다. (자료인용 : 특허청 디자인맵)




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