NASA 지원 스마트워치 'EmbracePlus', 우주비행사·환자용 의료급 모니터링 제공

우주비행사 건강 모니터링을 위한 웨어러블 기기 개발 배경

국제우주정거장(ISS)에서의 우주비행사 생활은 우주왕복선 시대에 비해 대부분 덜 힘들었습니다. 당시 임무는 많은 목표와 마일스톤이 짧은 기간에 압축되어 있었죠. 하지만 아르테미스 프로그램으로 달 표면으로 향할 첫 우주비행사들에게는 해당되지 않을 것이라고 NASA 과학자 알렉산드라 휘트마이어는 말합니다. 그녀의 업무는 우주비행사 웰빙과 성과에 관한 것입니다.

"아르테미스 임무는 매우 야심차서 승무원들이 많은 작업을 수행해야 하며, 때로는 연장 근무나 야간 근무가 필요합니다."라고 그녀는 말했습니다. "그들의 일정은 수면 패턴을 방해할 가능성이 높으며, 우주왕복선 시절에 경험했던 것과 유사합니다."

NASA 인간연구프로그램의 수면 모니터링 니즈

NASA 존슨 우주센터 인간연구프로그램의 인간요소 및 행동성과 요소 과학 매니저인 휘트마이어는 우주비행사 수면을 모니터링하고 지원하여 안전과 성과를 보장하는 최적의 방법을 찾고 있습니다. 그녀의 요소는 인간연구프로그램의 다섯 요소 중 하나일 뿐입니다. 다른 요소들은 우주비행사 운동과 의료 니즈, 방사선 같은 우주 환경 위험으로부터 건강 보호 등을 다룹니다.

프로그램의 대부분 노력은 우주비행사의 생리학을 다양한 방식으로 측정하고 피드백 제공할 수 있는 웨어러블 기기에서 혜택을 볼 수 있습니다. 그래서 2020년 휘트마이어는 케임브리지 소재 의료 웨어러블 기술 기업 Empatica Inc.의 최신 작업을 접하게 되었습니다.

NASA 지원으로 탄생한 EmbracePlus

NASA의 도움과 기관 니즈를 염두에 두고 회사는 작고 편안하고 매력적인 디자인에 5개 센서를 탑재한 스마트워치를 개발했으며, 이는 이제 EmbracePlus로 상용화되었습니다.

기기 프로토타입 개발은 우주건강 중개연구소(TRISH)의 보조금으로 부분적으로 자금이 지원되었습니다. TRISH는 장거리 임무 우주비행사 위험을 줄이는 방법을 찾는 연구 컨소시엄으로, 존슨 우주센터와 베일러 의과대학이 자금을 지원합니다.

기존 제품 장점 결합: E4의 역량 + Embrace2의 디자인

Empatica는 이전에 학술 연구와 임상 연구용 과학급 스마트워치 E4를 상용화했고, 간병인에게 경보를 보내는 간질 발작 감지 스마트워치 Embrace2도 개발했습니다. Embrace2는 일상 사용에 매력적이고 편안하게 설계되었습니다.

EmbracePlus에서는 Embrace2의 매력적 룩앤필과 E4의 역량을 결합하고자 했습니다. 여기에는 움직임을 감지하는 가속도계, 온도 센서, 심장 및 호흡 활동을 모니터링하는 적외선 센서, 피부 전기 활동을 감지해 신경계 활동과 상관관계가 있는 센서가 포함되었습니다. EmbracePlus는 더 정교한 움직임 감지를 위한 자이로스코프도 추가했습니다.

"EmbracePlus는 Embrace2의 아름다운 디자인과 E4의 데이터 수집 역량을 결합해 일상생활에서 쉽게 착용할 수 있는 의료기기입니다."라고 Empatica CTO 시모네 토네티는 말했습니다.

TRISH 자금 지원으로 구현된 엔지니어링 특징

TRISH 자금 지원으로 수행된 개발에는 심박수와 산소 흐름 감지용 다양한 센서 평가, 핵심 기능 시험, 모든 구성요소와 디자인 요소 통합, 가장 편안한 폼팩터 결정, 디스플레이 선택 등이 포함되었습니다.

"자금 덕분에 착탈식 스트랩에 피부전기활동 센서를 편안하게 배치하는 등 중요한 엔지니어링 기능을 구현할 수 있었습니다."라고 토네티는 말했습니다. "이는 다양한 구조의 제조, 전기 연결, 신호 품질 시사점에 대한 많은 R&D 결과였습니다."

NASA 요구사항 반영: 소형·경량·편안·에너지효율·강건

인간연구프로그램의 우주와 지상 연구에서 우주비행사가 사용할 기기 니즈도 시계를 형성했습니다. 휘트마이어는 작고 가볍고 편안한 디자인이 우주 프로그램에 필수적이라고 지적했습니다. "정말 비간섭적이고, 부담스럽지 않아 그 자체가 스트레스 요인이 되지 않는 기기가 필요합니다."라고 그녀는 말했습니다.

토네티는 NASA가 기술을 에너지 효율적이고, 사용하기 쉽고, 가혹한 우주 환경에서 작동할 만큼 강건하게 요구했다고 말했습니다. "데이터 수집을 배터리 수명으로 최적화하는 커스터마이즈 가능한 하드웨어 모드, 저연결 시 최대 55일치 데이터 저장 가능한 내장 메모리, 문제해결에도 도움이 되는 저전력 디스플레이를 갖추었습니다."라고 그는 말했습니다.

자동 데이터 수집·클라우드 스트리밍·FDA 승인

기기는 자동으로 지속적으로 데이터를 수집하고 블루투스로 동반 앱에 스트리밍하며, 앱이 클라우드로 푸시합니다. "사용자가 해야 할 일은 기기가 충전되고 연결되어 있는지 확인하는 것뿐입니다."라고 그는 말하며 앱이 이 단계들도 상기시켜준다고 덧붙였습니다.

EmbracePlus는 2021년 양산에 들어갔습니다. 이미 미국 FDA로부터 Empatica 건강 모니터링 플랫폼의 핵심 구성요소로 승인받았습니다. 토네티는 이를 머신러닝 알고리즘이 다양한 센서 유형으로부터의 동시 데이터 스트림을 분석해 건강의 다양한 측면을 감지하고 모니터링할 수 있는 플랫폼으로 설명했습니다. EmbracePlus 센서 데이터는 새로운 방식으로 결합되어 다른 상태들을 식별할 수 있습니다. 예를 들어 코로나19 팬데믹 동안 회사는 증상 발현 전 호흡기 감염을 감지하는 알고리즘을 개발했습니다.

임상시험·학술연구 활용 및 향후 비전

"이 웨어러블은 이미 대규모 임상시험과 학술연구에 사용되고 있습니다."라고 토네티는 말했습니다. 고객에는 세계 최대 제약회사들과 주요 연구 프로젝트들이 포함됩니다. 후자 중에는 EU 지원 이니셔티브 두 개가 있습니다. 수면 무호흡증 진단과 치료에 머신러닝을 활용하려는 Sleep Revolution 프로젝트, 주의력결핍 과잉행동장애와 당뇨·심혈관질환 같은 조건의 교차점을 살펴보고 치료 최적화와 개인화를 희망하는 TIMESPAN 프로젝트입니다.

연구와 임상시험에서 "참가자 집이나 사무실에서 골드스탠다드 측정을 얻어 100% 자기보고나 주간 현장 방문이 제공하는 스냅샷 지표에만 의존하지 않아도 된다는 건 더 높은 품질의 데이터와 훨씬 낮은 참가자 부담을 의미합니다."라고 그는 말했습니다.

미래에는 Empatica 건강 모니터링 플랫폼(EmbracePlus 포함)을 "클리닉 밖 환자 건강 모니터링의 필수 도구"로 만들고 싶다고 토네티는 말했습니다.

NASA에서의 검토 및 산업 현장 적용 가능성

존슨 우주센터에서 휘트마이어는 EmbracePlus가 우주비행과 지상 연구에서 활력징후와 수면-각성 활동 측정용으로 고려 중인 기기 중 하나라고 말했습니다. 주로 가속도계(수면-각성 주기 식별용)에 관심이 있지만, 다른 센서들도 인간연구프로그램 다른 요소들에 관심 있을 수 있다고 그녀는 언급했습니다.

우주비행사들이 데이터 수집에 사용해온 손목 착용 기기가 단종되고 있으며, EmbracePlus가 편안함과 연결성 등 이전 기기의 일부 한계를 해결할 수 있을 것이라고 그녀는 말했습니다. 특히 다른 기기는 실시간 데이터 스트리밍을 하지 않습니다.

수면 모니터링을 위해 EmbracePlus 같은 기기가 의료 분야 밖에서도 적용될 수 있다고 휘트마이어는 생각합니다. 트럭킹, 철도 등 산업은 주로 자기보고에 의존하는 피로관리 시스템을 가지고 있습니다. "수면 부족이 우리 성과에 미치는 영향을 과소평가한다는 확립된 연구가 있습니다."라고 그녀는 말했습니다. "이런 종류의 기기들이 연구에 중요할 뿐 아니라, 응용 현장에서 객관적 피드백을 제공하는 능력은 많은 산업의 안전을 개선하고 연장 근무나 야간 근무하는 사람들을 돌보는 것을 촉진할 잠재력이 있다고 봅니다."

자세한 정보는 여기를 방문하세요.

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