천송이(왼쪽부터) KAIST 전기및전자공학부, 최해담 박사과정, 제민규 교수, 하소명(상단) NYUAD 교수가 기념사진을 찍고 있다. [KAIST 제공]

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국제 공동 연구진이 단 두 개의 전극만을 사용하면서도 기존보다 5배 정밀하게 생체 임피던스를 측정할 수 있는 기술을 개발했다. 생체 임피던스 측정 기술은 생체 조직의 전기적 특성을 기반으로 체내의 다양한 생리적 상태를 모니터링할 수 있는 핵심 기술이다.

26일 KAIST는 전기및전자공학부 제민규 교수 연구팀이 뉴욕대학교 아부다비(NYUAD) 하소명 교수 연구팀과 공동연구를 통해 웨어러블 기기에 최적화된 고해상도 생체 임피던스 측정 기술을 개발했다고 밝혔다.

생체 임피던스 측정 기술로 잘 알려진 기존 4개 전극 시스템에 비해 2개 전극 기반 측정 시스템은 소형화가 쉽다는 장점이 있어 웨어러블 기기에 적합하다고 평가받고 있다.

하지만 2개 전극 시스템은 전극 자체의 임피던스 값이 포함된 신호를 측정하기 때문에 넓은 입력 범위가 필요하다. 측정하는 임피던스 값에 비례해 정확한 측정을 방해하는 잡음이 증가하는 한계로 활용이 어려웠다.

연구팀은 기존 2개 전극 시스템의 기술적 한계를 극복하기 위해 전극 자체의 임피던스 값인 베이스라인과 그에 의해 발생하는 측정 잡음을 기존보다 훨씬 효과적으로 제거할 수 있는 반도체 회로 설계 기술을 새롭게 개발했다. 이번에 제안된 기술을 적용한 시스템은 기존 기술 적용 시 필요로 하던 별도의 전류 생성 회로를 없앨 수 있어 전력 소모 역시 줄일 수 있다.

이런 기술을 통해 생체 임피던스 측정 과정에서 발생하는 임피던스의 위상 및 크기 변화에 따른 잡음 문제를 효과적으로 해결해, 높은 정밀도와 효율성을 동시에 확보했다.

제민규 교수(교신저자)는 “이번 연구로 개발된 생체 임피던스 측정 기술은 다양한 임피던스 모델에 대해 기존의 방식 대비 최대 약 5배가량 우수한 잡음 성능을 달성하였음을 입증했다”며 “향후 생체 임피던스 측정을 활용한 개인 맞춤형 건강 관리와 질환 예측 기술 발전에 크게 기여할 것”이라고 말했다.

KAIST 전기및전자공학부 최해담, 천송이 박사과정이 공동 제1 저자, KAIST 제민규 교수와 NYUAD 하소명 교수가 공동 교신 저자로 참여했다. 해당 논문은 세계 최고 권위의 반도체 집적회로 및 시스템 학회인 ‘ISSCC’에 발표됐으며 동 분야 세계 최고 학술지인 ‘IEEE JSSC’의 초청을 받아 지난 11월 게재됐다.

한편 이번 연구는 NYUAD와 협업으로 진행됐다. 과학기술정보통신부가 지원한 ‘상시 근골격 모니터링 및 재활을 위한 무자각 온스킨 센서 디바이스 기술’과제와 ‘인간 기능 확장을 위한 생체 신호 센서 기반의 내골격 장치 및 통합 시스템 개발’ 과제를 통해 수행됐다. 박세정 기자