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근육상태 진단을 위한 웨어러블 센서 디바이스 기술

전수책임자
김혜진
참여자
기술이전수
0
이전연도
2024
협약과제
본 기술은 근육의 활성도와 피로도를 실시간으로 모니터링할 수 있는 유연 물리센서 기반의 웨어러블 센서 디바이스 기술임. 이 기술은 기존의 근활성 측정 장비가 가지는 시간과 장소의 제약을 극복하며, 착용형 디바이스로서 실시간 모니터링이 가능하고 사용이 간편한 장점이 있음. 또한, 융복합 센서 데이터를 활용하여 근활성 상태에 대한 종합적인 정보를 제공하고, 기존 근전도(EMG) 방식 기술 대비 피부와 직접적인 전기적 접촉이 필요 없어 피부 자극이 적은 등 높은 착용 편의성과 신뢰성을 갖춘 센서 기술임. 주요 기술 요소로는 유연 압력센서(FMG) 및 유연 진동센서(MMG), 그리고 각 센서로부터 수집된 생체 데이터를 종합적으로 분석 가능한 알고리즘이 포함됨
- 본 기술은 국책과제로서 개발된 유연 압력/진동센서 기반 근활성(FMG)/근피로(MMG) 센서 기술과 근육상태 진단을 위한 알고리즘 기술을 국내 기업에 전수하여 웨어러블 헬스케어 디바이스에 적용되는 국내 압력/진동센서 시장을 선도하고 새로운 시장을 창출하며 해외 압력센서 및 웨어러블 헬스케어 디바이스 시장에의 진출 촉진을 목적으로 함

- 본 기술은 '자유형상 고집적 융복합센서를 위한 유연인장 하이브리드 센서 플랫폼 기술 개발(수행기간: 2022.04 - 2028.12)’ 및 ‘운동능력 강화 자율 소프트슈트 기술 개발(수행기간: 2022.01 ? 2027.12)’ 과제 결과물로서 산출된 ‘근육상태 진단을 위한 웨어러블 센서 디바이스 기술’을 그 대상으로 함

- 본 기술은 기존 압전 세라믹이나 MEMS 칩 센서 대비 유연한 형태로 제작이 가능하여 웨어러블을 포함한 다양한 형태의 스마트 센서로서 응용이 용이하고, 제작 공정이 쉽고 재현성이 높은 기술임. 또한, 기존 압저항 방식 센서 대비 압력 감지 범위가 넓고 감지 속도가 매우 빨라 압력 뿐 아니라 진동에 대해서도 민감하게 반응하는 장점이 있음. 또한 인간대상실험 결과 데이터를 기반으로 개발된 근활성/근피로도 추정 알고리즘은 FMG/MMG 센서 신호로부터 실시간 근육 상태 정보를 추출할 수 있음

- 따라서 본 기술은 기존의 압력센서 대비 유연하면서도 높은 민감도와 주파수 감지 성능, 빠른 응답특성 구현이 가능한 기술로서, 이러한 고성능 유연 센서를 활용해 새로운 방식으로 근육상태를 간편히 측정할 수 있는 기술임. 기술이전을 통해 기존의 기업이 보유한 기술의 한계를 뛰어넘는 혁신적인 제품 개발이 가능하고 유연 압력센서를 이용한 웨어러블 헬스케어 디바이스, IoT 디바이스 및 새로운 비즈니스 모델 발굴이 용이할 것으로 크게 기대되므로, 상기 과제에서 개발된 근육상태 진단을 위한 웨어러블 센서 디바이스 기술을 산업체로 이전하는 것이 필히 요구됨
- (유연한 센서 기술) 유연한 압력센서(FMG)와 진동센서(MMG)를 사용하여 높은 민감도와 넓은 감지 범위를 가지며, 유연성을 기반으로 인체에 밀착 착용하여 근활성과 근피로를 정확하게 측정할 수 있음
- (우수한 센서 성능) 기존 유연 압저항 압력센서 대비 반응속도가 빨라 외부의 압력 뿐 아니라 고주파수 진동에 대해서도 민감하게 반응함
- (공정 및 가격 경쟁력) 기존의 압전 세라믹 소자 대비 공정이 쉽고 간단하며 R2R 공정이 가능해 가격 경쟁력이 높음
- (실시간 모니터링 가능) 기존 근활성 측정 장비는 시간과 장소에 제약이 있는 반면, 본 기술은 착용형 웨어러블 디바이스로서 근육의 활성도와 피로도를 실시간 상시 모니터링할 수 있음
- (핵심 요소 기술의 통합) 유연한 압력센서와 진동센서를 통해 근활성과 근피로를 민감하게 측정하고, 종합적인 분석 알고리즘을 통해 정확한 평가를 가능하게 하는 통합된 센싱 알고리즘 기술을 보유함
- (높은 착용 편의성과 신뢰성) 피부와의 직접적인 전기적 접촉을 필요로 하지 않아 땀이나 피부 상태의 영향을 받지 않으며, 피부 자극이 없어 착용 편의성과 신뢰성이 높음
A. 기술명: 유연 압력센서 기반 고민감 근활성도(FMG) 센서 구조 및 제작/평가 기술
- 신축성 FMG 센서 최적구조 설계 및 성능평가 기술
- 높은 반복 재현성을 갖는 고민감 압력센서 제작 및 평가 기술

B. 기술명: 유연 압전 복합체 기반 근진동(MMG) 센서 구조 및 제작/평가 기술
- 신축 MMG 센서 제작 및 특성 평가 기술
- 대퇴사두근 근육상태 모니터링 유연인장 센서 어레이 제작 및 평가 기술

C. 기술명: FMG/MMG 센서 신호 기반 근활성도 및 근피로도 추정 알고리즘 기술
- FMG 센서 기반 근활성도 추정 알고리즘 기술
- MMG 센서 기반 근피로도 및 피로가속도 알고리즘 기술
- FMG/MMG 복합 웨어러블 센서 기반 근활성/근피로도 평가 및 임상유효성 결과
A. 유연 압력센서 기반 고민감 근활성도(FMG) 센서 구조 및 제작/평가 기술
(1) 특허: 근육상태 진단 웨어러블 센서 디바이스 관련 국내외 특허 통상 실시권 1건
- 국내특허: 근육 상태 진단을 위한 웨어러블 근활성도 측정 장치 관련 통상
(출원번호: 2023-0155773)
- 국외특허: 출원 중 (미국)
(2) 기술문서 2건
- 근골격계 플랫폼 신축성 FMG 센서 최적구조 설계 및 성능 평가
(2430-2023-02625)
- 높은 반복 재현성을 가지는 고민감 유연 압력센서 기술 (2430-2024-01132)

B. 유연 압전 복합체 기반 근진동(MMG) 센서 구조 및 제작/평가 기술
(1) 특허: 근육상태 진단 웨어러블 센서 디바이스 관련 국내외 특허 통상 실시권 1건
- 국내특허: 근육 상태 진단을 위한 웨어러블 근활성도 측정 장치 관련 통상
(출원번호: 2023-0155773)
- 국외특허: 출원 중 (미국)
(2) 기술문서 2건
- 신축 MMG 센서 제작 및 특성 평가 (2430-2023-02947)
- 대퇴사두근(하지) 근육상태 모니터링을 위한 유연인장 센서 어레이 제작 및 특성 평가 (2430-2023-02988)

C. FMG/MMG 센서 신호 기반 근활성도 및 근피로도 추정 알고리즘 기술
(1) 특허: 근육상태 진단 웨어러블 센서 디바이스 관련 국내외 특허 통상 실시권 1건
- 국내특허: 근육 상태 진단을 위한 웨어러블 근활성도 측정 장치 관련 통상
(출원번호: 2023-0155773)
- 국외특허: 출원 중 (미국)
(2) 기술문서 4건
- FMG센서 기반 근활성도 추정 알고리즘 개발 (2430-2024-01133)
- FMG센서 기반 근활성도 측정 시스템의 임상유효성 검증을 위한 파일럿 연구
(2430-2024-01134)
- MMG 센서 기반 근피로도 및 피로가속도 알고리즘 개발 (2430-2024-01155)
- MMG 센서 기반 근피로도 평가 방법 및 IRB (1차) 임상 테스트
(2430-2024-01154)
- 활용 분야
. 환자의 회복 상태를 수치화해주는 재활 의료기기용 웨어러블 센서
. 근활성도 정보를 실시간으로 알려주는 피트니스 트랙커
. 맥박, 혈압 등 신체 정보를 감지/처리하는 웨어러블 스마트의류 또는 스마트와치
. 스마트폰, 노트북, TV 등 스마트 기기에 적용되는 유연 압력센서
. 의자, 침대, 방석 등 신체 움직임에 따른 압력 변화를 감지하는 유연 압력센서
. 운전자의 자세 및 상태를 감지하는 스마트 카시트

- 응용 분야별 다양한 형태 적용이 가능한 유연한 구조의 압력센서 기술이므로 기존의 딱딱한 형태의 압력센서를 대체 가능하며, 기존의 상용 센서 대비 압력감지 범위가 넓고 민감도가 높으며 반응속도가 빨라 향후 유연 압력센서 시장 성장세에서 기술 경쟁력 확보에 따른 시장 점유에 유리할 것으로 기대됨