NASA 지원 스마트워치, 우주 비행사와 환자를 위한 의료 등급 모니터링 제공

NASA가 지원하는 컨소시엄의 자금 지원을 받아 개발된 EmbracePlus는 의료급 기능과 정밀도를 소비자 제품의 모양, 느낌 및 편안함과 결합합니다. (이미지 :Empatica Inc.)

국제 우주 정거장에서 우주 비행사들의 삶은 대부분 임무에 짧은 시간 내에 많은 목표와 이정표가 포함되는 우주 왕복선 시절보다 부담이 덜했습니다. 그러나 우주비행사의 웰빙과 성과를 담당하는 NASA 과학자 알렉산드라 위트마이어는 아르테미스 프로그램을 통해 최초의 우주비행사가 달 표면으로 여행하는 경우에는 그렇지 않을 것이라고 말했습니다.

"아르테미스 임무는 매우 야심적일 것입니다. 승무원은 때로는 연장된 근무 시간이나 야간 근무를 통해 많은 작업을 수행해야 합니다."라고 그녀는 말했습니다. “그들의 일정은 우리가 셔틀을 타던 시절에 겪었던 것과 유사하게 수면 패턴에 지장을 줄 가능성이 높습니다.”

NASA 인간 연구 프로그램의 인간 요소 및 행동 성과 요소에 대한 과학 관리자인 Whitmire는 우주비행사의 수면을 모니터링하고 지원하여 안전과 성과를 보장할 수 있는 최선의 방법을 찾고 있습니다. 그리고 그녀는 휴스턴에 있는 NASA 존슨 우주 센터의 인간 연구 프로그램의 다섯 가지 요소 중 하나일 뿐입니다. 다른 사람들은 우주비행사의 운동, 의료적 필요, 방사선과 같은 우주 환경의 위험으로부터 건강을 보호하는 것과 같은 우려를 가지고 있습니다.

프로그램 노력의 대부분은 우주비행사의 생리를 다양한 방식으로 측정하고 피드백을 제공할 수 있는 웨어러블 장치의 도움을 받을 수 있습니다. 이것이 바로 2020년에 Whitmire가 매사추세츠주 케임브리지에 위치한 의료용 웨어러블 기술 회사 Empatica Inc.의 최신 작품을 선보이게 된 이유입니다.

NASA의 도움과 기관의 요구 사항에 대한 관심을 통해 회사는 작고 편안하며 매력적인 디자인에 5개의 센서를 담은 스마트워치를 개발했으며 현재 EmbracePlus로 상용화되고 있습니다.

장치의 프로토타입 개발은 장거리 임무에서 우주 비행사의 위험을 줄이는 방법을 모색하는 연구 컨소시엄인 우주 건강 중개 연구소(TRISH)의 보조금을 통해 부분적으로 자금을 지원 받았습니다. TRISH는 존슨 앤 베일러 의과대학의 자금 지원을 받습니다.

Empatica는 이전에 학술 연구 및 임상 연구에 주로 사용되는 E4라는 과학 등급 스마트워치와 간질 발작을 감지하여 간병인에게 경고하는 Embrace2라는 스마트워치를 상용화했는데, 이는 매일 사용하기에 매력적이고 편안하도록 설계되었습니다.

EmbracePlus의 경우 회사는 Embrace2의 기분 좋은 모양과 느낌을 E4의 기능과 결합하기를 원했습니다. 여기에는 움직임을 감지하는 가속도계, 온도 센서, 심장 및 호흡 활동을 모니터링하는 적외선 센서, 신경계 활동과 관련된 피부의 전기 활동을 감지하는 센서가 포함됩니다. EmbracePlus에는 더욱 정교한 움직임 감지를 위해 자이로스코프도 추가되었습니다.

Empatica의 최고 기술 책임자인 Simone Tognetti는 “EmbracePlus는 Embrace2의 아름다운 디자인과 E4의 데이터 수집 기능을 결합하여 일상 생활에서 쉽게 착용할 수 있는 소비자의 모양과 느낌을 갖춘 의료 기기입니다.”라고 말했습니다.

TRISH 기금의 도움으로 수행된 개발에는 심박수 및 산소 흐름을 감지하는 다양한 센서 평가, 중요한 기능에 대한 시험 실행, 모든 구성 요소 및 디자인 요소 통합, 가장 편안한 폼 팩터 결정, 디스플레이 선택 등의 작업이 포함되었습니다.

피부의 전기 활동에 대한 센서를 언급하면서 Tognetti는 "자금 지원을 통해 우리는 피부 전기 활동 센서를 편안하고 탈착 가능한 스트랩에 배치하는 등 중요한 엔지니어링 기능을 구현할 수 있었습니다."라고 말했습니다. "이것은 다양한 구조의 제조, 전기 연결 및 신호 품질에 미치는 영향에 대한 많은 R&D의 결과였습니다."

우주비행사가 우주에서 사용하고 심지어 지상 연구에서도 사용할 수 있는 장치에 대한 인간 연구 프로그램의 필요성도 시계를 형성했습니다. Whitmire는 작고 가벼우며 편안한 디자인이 우주 프로그램에 필수적이라고 지적했습니다. "눈에 띄지 않고 부담스럽지 않아 스트레스 요인을 유발하지 않는 장치가 정말 필요합니다."라고 그녀는 말했습니다.

Tognetti는 NASA가 에너지 효율적이고 사용하기 쉬우며 열악한 우주 환경에서 작업할 수 있을 만큼 견고한 기술이 필요하다고 말했습니다. "우리는 배터리 수명으로 데이터 수집을 최적화하기 위한 맞춤형 하드웨어 모드, 연결이 약한 경우 최대 55일 분량의 데이터를 저장할 수 있는 내장 메모리, 문제 해결에도 도움이 되는 저전력 디스플레이를 갖추고 있습니다."라고 그는 말했습니다.

한편, 장치는 자동으로 지속적으로 데이터를 수집하고 Bluetooth를 통해 호환 앱으로 스트리밍하여 클라우드로 푸시합니다. "사용자가 해야 할 일은 기기가 충전되고 연결되어 있는지 확인하는 것뿐입니다."라고 그는 말하면서 앱이 사용자에게 이러한 단계까지 상기시켜 줄 것이라고 언급했습니다.

EmbracePlus는 2021년에 대량 생산에 들어갔습니다. Empatica 건강 모니터링 플랫폼의 핵심 구성 요소로 이미 미국 식품의약국(FDA)의 승인을 받았습니다. Tognetti는 이를 기계 학습 알고리즘이 다양한 유형의 센서에서 동시 데이터 스트림을 분석하여 건강의 다양한 측면을 감지하고 모니터링할 수 있는 플랫폼이라고 설명했습니다. EmbracePlus 센서 데이터는 새로운 방식으로 결합되어 다양한 조건을 식별할 수 있습니다. 예를 들어, 코로나19 팬데믹 기간 동안 회사는 증상이 나타나기 전에 호흡기 감염을 감지하는 알고리즘을 개발했습니다.

Tognetti는 "웨어러블은 이미 대규모 임상 시험과 학술 연구에 사용되고 있습니다."라고 말하면서 고객으로는 전 세계 최대 제약 회사와 주요 연구 프로젝트가 포함되어 있다고 언급했습니다. 후자 중에는 유럽 연합이 자금을 지원하는 두 가지 계획이 있습니다. 하나는 기계 학습을 사용하여 수면 무호흡증을 진단하고 치료하려는 Sleep Revolution 프로젝트이고, 다른 하나는 주의력 결핍 과잉 행동 장애와 당뇨병 및 심혈관 질환과 같은 상태의 교차점을 살펴 치료를 최적화하고 개인화하려는 희망을 갖고 있는 TIMESPAN 프로젝트입니다.

그는 연구 및 임상 시험의 경우 "자기 보고나 스냅샷 지표만 제공하는 주간 현장 방문에 100% 의존하지 않고 참가자의 집이나 사무실에서 최적의 측정값을 얻을 수 있다는 것은 더 높은 품질의 데이터를 제공하고 참가자의 부담을 훨씬 줄여준다는 것을 의미합니다."라고 말했습니다.

Tognetti는 앞으로 회사는 EmbracePlus를 포함한 Empatica 건강 모니터링 플랫폼이 진료소 외부에서 환자 건강을 모니터링하기 위한 "가장 좋은 도구"가 되기를 원한다고 말했습니다.

Johnson 우주 센터로 돌아온 Whitmire는 EmbracePlus가 우주 비행 및 지상 연구에서 활력 징후와 수면-각성 활동을 측정하기 위해 고려 중인 장치 중 하나라고 말했습니다. 그녀의 그룹이 주로 관심을 갖는 것은 수면-각성 주기를 식별하는 데 사용할 수 있는 장치의 가속도계이지만, 그녀는 다른 센서 중 일부도 인간 연구 프로그램의 다른 요소에 관심을 가질 수 있다고 언급했습니다.

우주 비행사들이 데이터를 수집하기 위해 사용했던 손목 착용 장치는 생산이 중단될 예정이며 특히 다른 장치가 실시간으로 데이터를 스트리밍하지 않는다는 점을 고려할 때 EmbracePlus가 편안함과 연결성을 포함하여 이전 장치의 일부 제한 사항을 해결할 수 있다고 말했습니다.

수면 모니터링을 위해 Whitmire는 EmbracePlus와 같은 장치가 의료 분야 외부에서도 응용될 수 있다고 생각한다고 말했습니다. 그녀는 트럭 운송, 철도 및 기타 산업에는 주로 자기 보고에 의존하는 피로 관리 시스템이 있다는 점에 주목했습니다. “우리가 수면 부족이 성과에 미치는 영향을 과소평가한다는 사실을 보여주는 확립된 연구가 있습니다.”라고 그녀는 말했습니다. "이러한 종류의 장치는 연구에 중요합니다. 하지만 적용 환경에서 객관적인 피드백을 제공하는 장치의 능력은 여러 산업 전반에 걸쳐 안전을 개선하고 장시간 근무 또는 야간 교대 근무를 하는 사람들을 돌보는 것을 촉진할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다."

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