기계연-KIST, 세계 최초 피부 부착형 ‘초음파 혈압 센서’ 개발 ‘1g’ 초경량에 오차범위 4mmHg 이내…

병원에 갈 때마다 팔뚝을 꽉 조이는 압박대(커프)의 고통, 그리고 스마트워치로 혈압을 잴 때마다 느껴지는 부정확함. 이 두 가지 난제를 동시에 해결할 혁신적인 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다. 동전보다 가벼운 센서를 피부에 붙이기만 하면, 초음파가 혈관의 두께 변화를 읽어내 정밀한 혈압 수치를 실시간으로 알려준다.

한국기계연구원(기계연)은 KIST(한국과학기술연구원)와 공동 연구를 통해 세계 최초로 ‘피부 부착형 비침습 초음파 혈압센서’를 개발했다고 밝혔다. 이번 연구는 기계연 AI로봇연구소 허신 책임연구원팀과 KIST 바이오닉스연구센터 이병철 박사팀의 협업으로 이뤄졌다.

핵심은 ‘열’을 잡는 기술…세계 최초 저온 공정 성공
기존에도 초음파를 이용한 혈압 측정 시도는 있었다. 하지만 고성능 압전 소자(PZT)는 딱딱해서 피부에 밀착되지 않았고, 유연한 소재를 쓰자니 제조 과정의 높은 열 때문에 센서 성능이 망가지기 일쑤였다.

공동 연구팀은 이 딜레마를 ‘저온 솔더 공정’으로 풀었다. 150°C 이하의 낮은 온도에서 녹는 특수 접합 기술(SnBi 솔더)을 적용해, 민감한 압전 물질인 ‘PMN-PT’ 단결정 소자가 열에 의해 손상되는 것을 막았다.

그 결과, 얇고 유연한 기판 위에 고성능 센서를 손실 없이 집적하는 데 성공했다. 완성된 센서는 두께가 0.5mm 이하, 무게는 1g 미만으로 깃털처럼 가볍다. 유연한 폴리이미드 소재 덕분에 굴곡진 인체 피부에도 빈틈없이 달라붙는다.


혈관 ‘직경’ 직접 잰다…광학식 센서 한계 극복
현재 시중의 스마트워치는 대부분 빛을 쏘아 혈류량을 추정하는 ‘광학식(PPG)’을 쓴다. 이 방식은 피부색이나 땀, 움직임, 조명 등 외부 환경에 취약하고, 피부 겉면의 혈관만 볼 수 있어 정확도가 떨어졌다.

반면 연구팀이 개발한 센서는 ‘초음파’를 몸속으로 쏘아 보낸다. 초음파가 혈관 벽에 맞고 튕겨 나오는 신호를 분석해, 심장이 뛸 때(수축기)와 쉴 때(이완기) 혈관이 얼마나 늘어나고 줄어드는지 ‘혈관 직경’을 직접 측정한다. 피부 깊숙한 곳의 심부 혈관까지 들여다볼 수 있어 신뢰도가 월등히 높다.


의료기기급 정확도 입증…“상용화 기대감”
성능 검증 결과는 놀라웠다. 인공피부와 혈관 모사체를 이용한 실험에서 이 센서는 수축기 혈압 오차 ±4mmHg, 이완기 혈압 오차 ±2.3mmHg 수준의 정확도를 보였다. 이는 미국 의료기기협회(AAMI)가 정한 임상 허용 오차 기준(±5mmHg)을 충족하는 수치로, 비침습 초음파 센서 중 세계 최고 수준이다.


허신 기계연 책임연구원은 “커프 없이도 연속으로 혈압을 정밀하게 측정할 수 있음을 입증한 세계 최초의 사례”라며 “향후 AI 기술과 결합해 심혈관 질환을 예측하는 개인 맞춤형 헬스케어 플랫폼으로 발전시킬 것”이라고 밝혔다.

이번 기술 개발로 고혈압 환자들이 24시간 불편함 없이 혈압을 관리하는 시대가 한층 앞당겨질 전망이다.