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재활치료 분야에서 필수적인 ICT 융합기술

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신축성, 초박형, 초경량화 방향으로 진화하는 재활 기기

이같은 요구사항들을 바탕으로 피부밀착형 신축성 재활기기의 개념도와 이를 구현하기 위한 핵심 요소기술 다섯 가지를 소개한다.

먼저 기판이 늘어나더라도 전기 전도특성이 유지되는 신축성 배선 기술이다. 신축성 복합 전도 소재는 소재의 종류와 함량에 따라 다양한 특성을 얻을 수 있고 스크린 프린팅이나 잉크젯 등의 방법으로 대면적 기판에도 손쉽게 배선을 형성할 수 있다는 장점을 가진다. 하지만 순수한 금속 박막에 비해 전기전도도가 낮고 정확한 정렬 및 미세 패터닝이 어려우며, 신축 시 저항값이 변화하므로 정밀한 고집적 전자회로에는 사용이 힘들다. 이에 보통의 전자회로와 마찬가지로 배선을 금속 박막으로 형성하되, 배선 형태를 직선이 아닌 꼬불꼬불한 구조로 만드는 대안 방법이 사용된다.

두 번째 요소인 신축성 스트레인 센서는 외부 인장력에 의한 길이 변화율을 전기적으로 측정하기 위한 소자이다. 신체 각 부위가 구부러지거나 회전할 때도 관절 주변의 피부가 늘어나거나 수축하므로, 신축성 스트레인 센서를 관절 부근에 적절히 배치하면 관절이 구부러진 각도나 각 관절 간의 상대적인 위치 변화 등을 정량적으로 측정할 수 있다.

세 번째 기술은 신축성 전자회로 기술로 그간 트랜지스터, 센서, 발광소자 등으로 구성된 다양한 용도의 신축성 전자회로들이 개발되어왔다. 특히 모든 회로의 핵심이 되는 트랜지스터의 경우, 실리콘, 산화물, 유기반도체, 탄소나노튜브, 그래핀 등 다양한 소재를 활용한 박막트랜지스터들이 요구 성능과 목적에 맞게 활용되고 있다.

네 번째는 고접착성 생체적합 기판 소재 기술이다. 기존 신축성 기판 소재의 한계를 극복하고 보다 안정적인 피부 접착력을 제공할 수 있는 피부 친화성 고강도 접착물질을 개발하려는 노력이 계속되고 있다.

마지막으로 재활훈련의 효과를 높이기 위해 기존에 물리치료사에 의해 이루어졌던 반복적이고 지루한 훈련이 아닌, 환자의 동기부여를 극대화해 자발적이고 지속적인 참여를 유도할 수 있는 새로운 치료방식의 도입이 필요하다. 이를 위해 최근에는 재활치료 기기와 가상현실 기반 인터페이스를 연동함으로써 마치 게임을 하듯이 환자들의 흥미를 유발할 수 있는 재활치료 기법이 운동, 작업, 인지, 신경치료 등 다양한 영역에 적용되고 있다.

가상/증강현실과 연동된 다양하고 효과적인 재활훈련 콘텐츠 개발을 위해서는 무엇보다 신체의 자세와 동작을 보다 정량적으로 정밀하게 재현할 수 있는 웨어러블 센서 시스템의 개발이 우선되어야 한다. 따라서 피부밀착형 유연/신축성 재활치료 기기의 개발은 향후 다양한 소프트웨어 재활훈련 콘텐츠 발굴을 가능하게 하고, 이들과 결합하여 상용화 및 관련 분야의 시장 선점 가능성을 더욱 높일 수 있을 것이다.

고령화로 인해 뇌신경 질환 발병 및 장애 유병률이 급증하고 환자들이 적절한 치료를 받지 못한채 여러 기관을 전전하는 재활 난민 현상이 사회문제로 떠오르면서 신개념 재활치료 요구가 높아지고 있다. 따라서 유연 전자소자 기술을 적용한 피부밀착형 진단 및 재활치료 기기는 저출산, 고령화 시대의 국민 건강 및 삶의 질 향상을 위해 우선적으로 추진되어야 할 대표적 공공기술에 속한다고 할 수 있다.

더불어 신축성 웨어러블 재활치료기기에 사용되는 각각의 요소기술들은 개인 헬스모니터링, 스마트 로봇, 가상/증강현실, 엔터테인먼트, 차세대 UI 등 다양한 분야에 독립적으로 활용되어 타 산업으로의 파급효과가 클 것으로 기대된다.

하지만, 본 분야는 다품종 소량의 특성을 가지는 고난이도 융합기술로서 민간 주도만으로는 빠른 발전을 기대하기 어렵다. 따라서 산-학-연 간의 긴밀한 협력 관계를 통해 기초 소재부터 소자 및 공정, 소프트웨어 콘텐츠 등 ICT 전반에 걸친 기술 개발과 이들 간의 융합이 필수적으로 이루어져야만 한다.

또한, 인증절차 등 실제 시장진입까지 많은 시간과 노력이 소요되는 의료기기의 특성을 감안하면, 단기적인 기술 개발 전략뿐만 아니라 관련 법규나 규정 등에 대한 정부 차원의 논의와 보완이 필요하다.