홍진기 교수팀, 일상생활에서 버려지는 에너지로 웨어러블 전자기기의 한계를 넘다

에너지 손실 활용한 웨어러블 헬스케어 양말 개발

무선, 배터리 없는 미세전기자극 기술로 스마트 헬스케어 시대 앞당겨

[사진 1. (왼쪽부터) 홍진기 교수, 중앙대학교 이상민 교수] 

화공생명공학과 홍진기 교수팀이 일상생활에서 발생하는 에너지 손실을 활용해 근육 피로 감소와 운동 능력 향상을 동시에 구현할 수 있는 기술을 적용한 양말을 개발했다.

홍진기 교수, 중앙대학교 이상민 교수, 이기욱 교수, 그리고 주식회사 바른바이오로 구성된 연구팀은 '통직물 기반 인체 매개 전기 자극 시스템(Body-coupled Electrical Stimulation, BCES)'을 개발해 웨어러블 디바이스의 실용화를 앞당겼다.

연구팀은 인체를 통해 전자기장 에너지를 전달해 특정 부위에 전기장을 집중시키는 기술을 실제 양말에 적용하고, 임상시험을 통해 그 효과를 검증했다.

[사진 2. 인체 연동형 전기자극 기술(BCES)]

BCES 기술은 스마트폰, 노트북, 가전기기 등에서 발생하는 에너지 손실과 신체 활동으로 생성되는 정전기 에너지를 인체를 통해 특정 부위로 전달하고, 해당 부위에 미세 전기장을 형성해 근육을 자극하는 방식이다. 기존 전기 자극 기술이 배터리와 전선 연결의 제약으로 실용화에 어려움을 겪었던 반면, BCES 기술은 무선으로 작동해 일상생활에서 쉽게 활용할 수 있다.

[사진 3. 기술이 적용된 양말 테스트 (바른바이오제공)]

[사진 4. 근전도(EMG) 분석 결과]

 [(왼쪽부터) 근육 피로 감소율, 뒤꿈치들기(Calf-raise) 운동 최대 반복횟수 증가율, 뒤꿈치들기(Calf-raise) 운동 평균 빈도 증가율]

이 기술이 적용된 양말은 실제 임상시험을 통해 성능이 검증됐다. 근전도(EMG) 분석 결과, 착용자는 신체 활동 중 근육 피로가 6.25% 감소하고, 종아리 운동 횟수와 빈도가 각각 11.97%와 21.47% 증가하는 효과를 보였다.

이번 양말은 일반 의류 제작 방식과 동일하게 은사를 활용해 제작됐다. 이로 인해 세탁이 가능하며 착용에도 불편함이 없다. 연구팀은 이러한 특징이 웨어러블 디바이스의 일상적 사용 가능성을 크게 높일 것으로 기대하고 있다.

이번 연구에 적용된 무선 전기 자극 기술은 CES 2024와 CES 2025에서 2년 연속 ‘CES 혁신상’을 수상하며 기술의 우수성을 입증받기도 했다.

교원창업기업 ㈜바른바이오 CEO겸 화공생명공학과 홍진기 교수는 "이번 연구는 무선 전기 자극 기술을 통해 웨어러블 전자기기의 실용화를 앞당긴 사례"라며, "스마트 헬스케어와 재활 치료 분야에서 새로운 가능성을 열었다."고 말했다.

이번 연구 성과는 국제 학술지 'npj Flexible Electronics(IF 12.3, JCR 상위 5%)‘에 게재되며 학계와 산업계의 주목을 받고 있다.

논문정보

● 논문 제목: Full textile-based body-coupled electrical stimulation for wireless, battery-free, and wearable bioelectronics

● 논문 주소: https://www.nature.com/articles/s41528-024-00364-6