휴대폰 손에 쥐기만 해도...전기자극 치료·웨어러블 기기 충전 동시에

중앙대-연세대 공동연구팀, "웨어러블 디바이스-스마트 헬스케어 분야 실용화 기대"

휴대폰을 쓸 때 나오는 에너지를 인체로 전달해 전기 자극으로 근육 피로를 풀면서 동시에 웨어러블 기기도 충전하는 기술이 나왔다. 배터리나 전선, 발전 장치도 필요 없다.

한국연구재단(이사장 이광복)은 이상민 중앙대 교수와 홍진기 연세대 교수 공동연구팀이 전기 자극과 전기 발전을 동시에 구현하는 동기식 에너지 생성 원천 기술을 개발했다고 17일 밝혔다.

전기 자극은 비침습적 방식으로 화학물질 없이 세포 활성화를 유도하는 치료법이다. 그러나 기존 전기 자극은 병원에 가서 치료를 받아야 하며, 관련 기능을 가진 웨어러블 기기는 배터리와 전선 등이 필요해 일상에서 사용이 불편하다.

마찰 전기나 압전, 열전 소자 등을 활용해 버려지는 에너지를 수확해 활용하는 기술 개발도 활발하나, 발전기 설치나 전선 연결 등의 불편함이 있다.

인체 매개 에너지 전달을 통한 세포/전기 에너지의 동기식 생성 개요스마트폰, 노트북과 같은 전자기기나 신발, 옷 등의 정전기에서 전자기장은 인체를 통해 전달되며, 이를 서로 다른 전위를 갖는 전극의 배열을 통해 전위 왜곡을 발생시킴으로써 피부 안쪽에서는 전기 자극을 통한 세포 에너지를 생성하고 피부 바깥쪽에서는 에너지 하베스팅을 통한 전기 에너지를 생성한다. (자료=한국연구재단, 중앙대 이상민 수)

연구팀은 스마트폰·랩탑 컴퓨터 같은 전자기기나 신발, 옷 등에서 발생하는 정전기가 인체를 통해 전달될 때 국소적으로 전기장을 집중시키지만, 이것이 오히려 긍정적 생리적 효과를 가져옴을 밝혀냈다. 인체는 유전율이 높아 전자기장을 쉽게 전달할 수 있지만, 이같은 인체 매개 에너지 기술이 생체에 미치는 영향은 불분명했다.

인체를 통해 전자기장 에너지를 전달하는 인체 매개 에너지 전달을 통해 형성된 전기장은 근육 피로를 줄이는 효과가 확인됐다. 근전도(EMG) 분석 결과, 6.4%의 근육 피로 감소 효과를 보였으며 목적에 따라 전기장의 파형과 세기를 조절할 수 있었다.

이렇게  피부 아래에서 전기 자극이 이뤄지는 동안 피부 바깥에서는 새로운 전기 에너지가 생성되었다. 이 에너지로 1.5㎽의 에너지가 필요한 소형 디스플레이를 지속적으로 구동할 수 있었다.

배터리나 전선 등 부수적 장치 없이 전극만 몸에 붙이면 원하는 부위에 무선으로 전기에너지를 보내고, 동시에 치료 효과를 갖는 전기 자극 등을 위한 세포에너지도 일으킬 수 있다고 연구진은 설명했다.

이상민 교수는 "이 연구는 전원 공급과 전기 배선이 필요한 기존 웨어러블 기술과 비침습적 전기 자극 치료의 한계를 동시에 해결할 수 있기 때문에 두 기술의 상용화에 기여할 것"이라고 밝혔다.

이 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 기초연구실의 지원으로 수행됐으며, 학술지 'ACS 에너지 레터스(ACS Energy Letters)' 7월호 표지 논문으로 게재됐다.