MIT 엔지니어, 의료 진단용 고정밀 터치 센싱 장갑 개발

MIT의 새로운 센서가 손가락 끝의 작고 빠른 압력 변화를 감지합니다. 실크 장갑에 부착된 스터드형 구성요소들이 의사들에게 가치 있는 그림을 제공합니다.

피부 위 미세 진동을 포착하는 고정밀 센서 발명가들이 특정 압력 맵을 제공하며, 이는 단순 맥박 모니터링부터 복잡한 운동 기능 회복까지 다양한 환자 지원에 언젠가 활용될 수 있습니다.

케임브리지(매사추세츠) 기반 팀은 압력 센서를 촉각 장갑뿐만 아니라 유연한 점착 패치에 통합해 심박, 혈압, 기타 활력 징후를 추적하는 구상을 하고 있습니다.

"우리 센싱 구조의 단순성과 신뢰성은 맥박 감지와 촉각 기능 장애 환자의 감각 능력 회복 등 다양한 헬스케어 응용 분야에 큰 약속을 지닙니다."라고 MIT 기계공학 교수 니콜라스 팡(Nicholas Fang)은 최근 보도자료에서 말했습니다.

압력 맵 만드는 법

MIT 연구자들은 장갑 안쪽에 작은 커널 크기 검출기들을 깔아 미세 압력 변화를 매핑했습니다. 장갑은 잡은 물체에 따라 특정 압력 레이아웃, 즉 맵을 생성했습니다.

예를 들어 센서 장갑은 풍선과 비커를 잡을 때 압력 차이를 기록했습니다. 풍선을 잡으면 손바닥 전체에 상대적으로 균일한 압력 신호가 나타났고, 비커를 잡으면 손가락 끝에 더 강한 압력이 생성됐습니다.

팀은 펜으로 글쓰기, 기타 가사 물체 다루기 등 다른 과제에 대한 압력 패턴을 식별하는 데 장갑을 쓸 계획입니다. 팡 교수에 따르면 이 촉각 보조기구는 운동 기능 장애 환자가 손재주와 악력을 보정하고 강화하는 데 언젠가 도움이 될 수 있습니다.

"일부 정교한 운동 기술은 물체 다루는 법뿐만 아니라 얼마나 힘을 가해야 하는지도 알아야 합니다." 팡 교수가 말했습니다. "이 장갑은 대조군과 뇌졸중 또는 기타 신경학적 상태에서 회복 중인 환자의 악력 측정을 더 정확하게 제공할 수 있습니다."

팡 교수와 동료들은 Nature Communications 연구에서 결과를 상세히 다뤘습니다. 공동 저자로는 MIT의 후이펑 두(Huifeng Du)와 리우 왕(Liu Wang), 중국 남방과학기술대학(SUSTech) 콴페이 구오(Chuanfei Guo) 교수 그룹이 포함됩니다.

미세한 것 감지하기

촉각 센서는 기존 유전체 층을 놀라운 천연 성분인 사람 땀으로 대체합니다. 땀에는 나트륨과 염화물 이온이 들어 있어, 피부 위에 놓인 두 얇은 평평한 전극 사이의 정전용량을 바꿀 만큼 축적됩니다.

MIT 팀은 감지 전극 밑면에 작고 구부러지는 전도성 털들을 잔뜩 추가해 감도를 높였습니다. 얇은 커널 크기 감지 전극에는 수천 개의 금 미세 필라멘트, 즉 '마이크로필러(micropillars)'가 늘어서 있습니다.

연구에서 팡 교수와 발명가들은 센서가 다양한 힘과 압력에 반응해 마이크로필러 그룹이 휘는 정도를 정확히 측정할 수 있음을 입증했습니다.

예를 들어 전극 모서리에 압력이 가해지면 그 영역 털들이 반응해 휘고 피부 이온을 축적합니다. 이온의 정도와 위치를 정밀하게 측정·매핑할 수 있습니다.

센서들은 한 주기 내 서로 다른 봉우리 등 맥박의 미세한 위상들을 포착할 수 있었습니다.

"맥박은 우리가 느낄 수 없는 피부 변형을 일으키는 기계적 진동이지만, 필러들은 포착할 수 있습니다." 팡 교수가 말했습니다.

아래 짧은 Q&A에서 팡 교수가 압력 맵의 가능성에 대해 더 설명합니다.

Tech Briefs: 이 기술로 구상하는 가장 흥미로운 응용 분야는 무엇입니까? 왜 이 장갑이 중요하다고 생각하십니까?

니콜라스 팡 교수: 고충실도 햅틱 피드백을 직물과 텍스타일에 통합하면 촉각 기능 장애 환자의 감각 능력 회복 등 새로운 의료·헬스케어 기기 응용뿐만 아니라 VR/AR 게임과 훈련도 가능해질 것으로 봅니다.

Tech Briefs: 압력 맵을 만드는 게 왜 중요합니까? 압력 맵을 얻으면 무엇을 할 수 있습니까?

니콜라스 팡 교수: 스마트 장갑으로 측정되는 고해상도 압력 맵은 운동 아티팩트에 둔감해, 포인트오브케어 애플리케이션에서 손과 손가락 운동 기술 평가를 더 정확하게 제공할 수 있습니다. 우리 장갑은 퍼즐 맞추기, 구슬 분류, 카드 접기, 보드게임, 신발끈 묶기 등 활동 중 손과 손가락 민첩성을 지속적으로 모니터링할 기회를 엽니다.