눈으로 보고 몸 상태를 알 수 있는 요인들에는 뭐가 있을까요?
얼굴이 붉어지거나, 하얗게 질린다던가, 손이 떨린다던가, 피부에 닭살이 돋고 단단하게 굳는다던가, 식은땀이 흐르는 등 피부색, 피부 상태나 피부 경도, 떨림, 땀... 이외에도 많은 요인이 있을 것 같습니다.

기존에는 병원에서 고가의 정밀 장비를 사용하여 몸의 상태를 진단했었는데, 현대의학이 발달하면서 현장에서 바로 진단하는 휴대형 장비로 확장되고 있습니다.
신체에 부착해 실시간으로 측정할 수 있는 웨어러블 장비가 개발되기도 했는데요. 그러나 기존의 많은 웨어러블 디바이스들은 물리적인 신호(맥박, 온도, 움직임, 신전도 등)만 측정할 수 있었습니다.
하지만 사람의 건강 상태 파악을 위해서는 화학적인 신호들(혈당, 전해질 농도, 탈수 정도 등)의 정보도 매우 중요합니다. 이 정보를 얻기 위해서는 혈액이 가장 좋은 생체지표(biomarker)지만 바늘을 사용하여 측정해야 한다는 단점이 있어 웨어러블 센서와는 접점이 맞지 않았습니다.
이에, 많은 연구자가 피부에서 배출되는 땀을 이용해 신체의 화학적인 상태를 파악하고자 연구를 진행하고 있습니다.

웨어러블 센서를 이용해 혈압 예측 (이미지 출처: 기계·건설공학연구정보센터)

Northwestern 대학의 John Rogers 연구팀은 땀으로 건강 상태를 확인할 수 있는 웨어러블 기기를 개발하였는데요. 이 기기는 선이나 배터리 없이도 작동하고, 피부에 붙이기만 하면 사용이 가능합니다.

기존의 전기화학 방식의 디바이스들은 제일 먼저 땀의 배출량을 측정할 수 없습니다. 미세유체를 기반으로 만든 디바이스를 특정 피부 면적에서 나오는 땀의 배출량을 정확하게 측정할 수 있고 이를 통해서 전체 땀 배출량을 예측할 수 있습니다.
이는 운동선수들에게 땀의 배출량 정보를 주어서 물을 흡수하는 양을 조절하는 데 큰 도움을 줄 수 있습니다. 또한 색상 변화를 통해서 땀의 성분을 알려 주기 때문에 별도의 전기 장치가 필요가 없습니다.
이것은 무엇보다 양산화 면에서 아주 큰 장점을 지니고 있습니다.
기존 전기화학 방식의 경우, 디바이스의 재활용이 어렵기 때문에 가격의 단가가 높다는 단점이 있습니다. 하지만 땀 센서의 경우, 웨어러블 센서 중 시장성이 좋고 다양한 사람을 대상으로 할 수 있기 때문에 단가를 아주 낮추어서 일회용으로 디바이스를 개발한다면 사용자 입장에서 편하고 새로운 경험을 할 수 있습니다.

땀 성분을 색상 변화로 측정하는 디바이스 (이미지 출처: 기계·건설공학연구정보센터)

이런 미세유체를 이용한 웨어러블 땀 센서는 스포츠, 화장품, 재활 등 다양한 분야에서 활용이 가능할 것으로 보입니다.
John Rogers 연구팀은 LA Lakers, Chicago Cubs, Seattle Mariners 등 스포츠팀에 웨어러블 디바이스를 보내서 실전 테스트를 진행하였다고 하는데요. 이후 Epicore라는 회사에서 이 디바이스를 상용화하기 위해서 본격적으로 양산화 제품을 개발하고 있으며, 스포츠음료를 만드는 게토레이 회사와도 긴밀하게 협력을 하였습니다. 최근 게토레이 공식 광고에도 테니스계의 유명 스타인 세레나 윌리엄스가 이 디바이스를 부착하고 연습하는 장면이 등장하기도 했습니다.

게토레이 광고 중 땀 센서 웨어러블 (이미지 출처: Gatorade YouTube)

세계적인 화장품 회사인 로레알은 피부의 pH를 측정하기 위해 John Rogers 연구팀과 공동 연구를 진행하였습니다. 피부의 pH 값에 따라서 다른 화장품을 사용해야 하는데 이것을 간단하게 측정할 수 있는 장치가 필요했기 때문입니다. 2019년 라스베이거스에서 열린 CES에서 로레알에 웨어러블 pH 센서를 소개하였습니다.

땀 센서를 통한 피부 pH 측정 (이미지 출처: L’Oré\;\\\;\\\\\\\;\\\\\\\\\\\\\\\;\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\;al USA YouTube)

재활 및 의료분야에서도 매우 유용하게 쓰일 수 있습니다. 땀 속에 들어있는 포도당, 젖산 등을 파악한 뒤 산소 부족, 당뇨병, 낭포성 섬유증 등 각종 질병이 의심될 때 신호를 줍니다.
또한 의학 논문에 따르면 뇌졸중 환자의 경우 땀의 배출되는 양의 정도가 마비 정도에 따라 영향을 받으며, 특히 이마와 허리 부분에서 좌우 비대칭적으로 땀이 배출된다고 합니다.
뇌졸중 환자의 경우 예전에는 숙련된 전문가가 환자의 움직임을 관찰하여 회복 정보를 파악했으나, 최근에는 웨어러블 센서 중에서 가속도계를 부착하여 움직임을 좀 더 정확하게 측정이 가능합니다. 뇌졸중 환자의 이마 좌우에 땀 센서를 부착하여 차이를 분석하고 있습니다. 향후, 지속적인 개발을 통해 새로운 재활 생체지표로 사용이 가능할 것이라고 기대하고 있습니다.

기존 vs 현재 재활 확인 방법 (이미지 출처: Shirley Ryan AbilityLab YouTube)

참고 자료
1. 강해령(2019). ’땀’으로 건강 확인하는 웨어러블 기기 나온다. 전자신문, 1월 20일.
2. Gatorade(2018). Gatorade | You Fuel Us, We Fuel You. https://www.youtube.com/watch?v=XfdX1OrwmIU
3. L’Oré\;al USA(2019). Introducing My Skin Track pH by La Roche-Posay. https://www.youtube.com/watch?v=f_018IMHSKo
4. Shirley Ryan AbilityLab(2018). Bringing Sensors to Stroke Rehabilitation. https://www.youtube.com/watch?v=Nc6n7YMB1cQ

※ 본 내용은 MATERIC(www.materic.or.kr)에서 제공받은 연재 내용 중 일부를 인용하였습니다.
인용 출처: http://www.materic.or.kr/community/rising_mterview/content.asp?f_id=52