사물인터넷(IoT) 보다 ‘생체인터넷(IoB)’이 먼저다(1~3)

사물인터넷(IoT)보다 생체인터넷(IoB)’이 먼저다 (1)

심장병 환자들은 심장 수술을 한 후 크고 무거운 전통적인 심장박동기(심박기, conventional pacemaker or electrostimulator)를 심장에 이식해야(surgical implantation) 한다. 뇌질환 환자들은 수술을 한 후 신경전달물질(Neurotransmitter) 전달기기를 뇌 속에 장착해야만 한다. 그리고 이들 이식된 기기들에 전기를 공급해야 하는데, 현재까지의 방식은 외부의 배터리나 전원장치를 유선으로 연결하는 방식이어서 불편한 점이 한 두 가지가 아닌 것이다.

이를 해결하려면 두 가지를 혁신해야 하는데 우선 이식된 기기에 유선이 아니라 무선으로 전송 또는 충전하는 기술을 발견해야 하고, 그 다음 이식된 기기들의 크기를 현재의 크기에서 밀리미터 부피(millimeter dimensions)로 소형화(miniaturization) 해서, 의료처치 및 고통 완화용으로 손쉽게 신체에 이식될 수 있도록 해야 한다. 그러면 생체인터넷 분야에 혁명이 올 수 있다.

 

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씨넷 보도 화면 갈무리(스탠포드)

미국 스탠포드 대의 전기공학과의 아다 푼(Ada S. Y. Poon) 교수와 심장외과(Cardiothoracic Surgery)의 의학자들이 쌀 한 톨 크기(2 mm, 70 mg)의 마이크로이식기들(microimplants)을 개발하고, 동시에 인간 몸에는 해를 끼치지 않는 중거리무선전송(mid-field wireless transfer) 기술을 개발해, 토끼나 쥐에 이식된 마이크로이식기들에 전원을 무선 전송 또는 충전하는데 성공해, 2014519일자의 미국과학원회보(PNAS)'깊은 조직에 이식된 마이크로이식기들에 무선전송(Wireless power transfer to deep-tissue microimplants)'이라는 획기적인 논문을 발표했다(Ho et al., PNAS, 19 May 2014).

이들은 논문에서, 이식한 마이키로기기들은 뇌나 표피 조직 속으로 5cm 깊이로 이식했으며, 피부 위의 신용카드 크기의 전원공급장치를 통해 무선으로, 인간이나 동물에는 해가 안 되는 밀리와트 수준을(milliwatt levels) 전송해, 초소형 임플란트(이식) 기기들을 작동시켰다고 적고 있다.

따라서 이는 앞으로 이식 시스템의 새로운 혁명을 열어, 이번 논문보다 더욱 작은 차세대 이식 시스템들이 인간의 몸 속으로 융합되어진다면, 비용 절감은 물론 위험부담을 크게 줄일 수 있을 것으로 기대하고 있어, 지금 과학계와 의학계는 이 논문으로 야단법석이다.

* Cnet – The future of 'microimplants' in your body: Wireless charging. Stanford researchers find a new way to safely charge tiny devices embedded inside the body(19 May 2014)

http://www.cnet.com/news/the-future-of-microimplants-in-your-body-wireless-charging/

* John S. Ho, Alexander J. Yeh, Evgenios Neofytou, Sanghoek Kim, Yuji Tanabe, Bhagat Patlolla, Ramin E. Beygui, and Ada S. Y. Poon, "Wireless power transfer to deep-tissue microimplants", PNAS, doi:10.1073/pnas.1403002111, Published ahead of print 19 May 2014.

http://www.pnas.org/content/early/2014/05/14/1403002111.abstract

그 동안 공상과학소설(SF)의 영역으로만 여겨져 왔던 인간 생체신호를 읽어 들이는 센서들과 사이버네틱 임플란트를 이식하는 상황이 점점 더 현실화되고 있어, 몸 속으로 이식되는 사이보그(Cyborg) 시대를 예고하고 있는 것이다.

* 사이버네틱(Cybernetics) – 기계와 살아 있는 생물체와의 커뮤니케이션과 통제체계에 관한 연구 또는 인공두뇌학

* 사이보그(Cyborg) – 개조인간(改造人間)으로 생물과 기계장치의 결합체를 뜻함. 사이버네틱 (cybernetic)과 오가니즘(organism)의 합성어

푼 교수는 수년간 연구해 온 중거리무선전송(mid-field wireless transfer)으로 이름 붙인 새롭고 독특한 전파기술을 의료용 임플랜트 기기에 적용했다. 실험결과 근거리파(near-field)와 원거리파(far-field)를 섞은 이 전파는 피부표면에서 흡수되지 않고 깊숙이 퍼져 임플랜트 기기를 충전할 수 있게 했다.

이번 기술은 사람들이 신체와 뇌에 더 많은 임플랜트를 심어 생체데이터를 수집하거나 감각을 증대하는데 사용할 가능성을 제기하는 것이다. 연구팀은 이제 사람을 대상으로 배터리 없는 심박기를 테스트할 계획이다. 하지만 상용화까지는 몇 년 더 기다려야 할 전망이다.

 

사물인터넷(IoT)보다 생체인터넷(IoB)’이 먼저다 (2)

삼성전자가 사람 몸이나 스마트 옷 그리고 웨어러블 컴퓨터에 부착할 수 있는 통신용 디바이스로 사용할 수 있는 탄성체의 잡아 당길 수 있는 안테나(a stretchable antenna)와 안테나를 제조하는 기술(STRETCHABLE ANTENNA AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME)을 개발해 201451일자로 미국 특허청에 특허를 등록했다(20140118201, 1 May 2014).

이 특허는 20131020일에 출원한 것입니다. 잡아 당길 수 있다는 것은 여러 번 접거나 변형시켜도 휠 뿐 안테나의 속성을 그대로 유지한다.

* Samsung – STRETCHABLE ANTENNA AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME(20140118201, 1 May 2014 <- 20 Oct 2013)

http://appft1.uspto.gov/netacgi/nph-Parser?Sect1=PTO2&Sect2=HITOFF&p=1&u=%2Fnetahtml%2FPTO%2Fsearch-bool.html&r=1&f=G&l=50&co1=AND&d=PG01&s1=20140118201

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그림 상의 1A는 잡아 당길 수 있는 무선통신 디바이스이다. A는 층층이(Tiers) 쌓은 안테나 칩을 디자인한 것이고, 20은 잡아 당길 수 있는 안테나로 가운데 있는 10의 칩(Chip)으로 연결되어 있다. 이 때 칩은 심박동(Heart Rate), 운동할 때의 호흡수(respiration rate) 등 생체신호(Bio Signal)를 수집하여 외부의 전자기기로 안테나를 통해 데이터를 송신한다.

그림 상의 1B는 운동을 할 때 심박수를 모니터링 할 수 있다. 그림 상의 100은 무선통신 안테나가 칩에 융합된 디바이스이다. 인간의 몸에 부착할 수도 있고 조깅 옷에 부착할 수도 있다. 더 확대하면 장갑에 부착할 수도 있고 티셔츠에 부착할 수도 있고 있다.

이와 같은 옷들은 구길 수도 있고 운동에 따라 다양한 형태로 변형될 수 있으므로 안테나 디바이스는 이와 같은 상황에 순응적으로 유연성 있게 대처할 수 있도록 탄성력을 가진 것입니다.

 

사물인터넷(IoT)보다 생체인터넷(IoB)’이 먼저다 (3)

삼성전자가 무선전송기술로 기기끼리 무선충전, 심장 속에 이식된 맥박 조정기(심장박동기, pacemaker) 충전, 보청기(Hearing Aids), 향후에는 자동차까지 충전할 수 있는 무선충전 기술로 2014327일자로 미국 특허청에 'WIRELESS POWER TRANSMISSION APPARATUS AND METHOD AND WIRELESS POWER RECEPTION APPARATUS(20140084858, 27 Mar 2014)'라는 특허를 등록했다. 이는 2013912일에 출원한 것으로 이 중 생체인터넷에 관련된 심장박동기 무선 충전을 소개하고자 한다.

 

* Samsung – WIRELESS POWER TRANSMISSION APPARATUS AND METHOD AND WIRELESS POWER RECEPTION APPARATUS(20140084858, 27 Mar 2014 <- 12 Sep 2013)

http://appft1.uspto.gov/netacgi/nph-Parser?Sect1=PTO2&Sect2=HITOFF&p=1&u=%2Fnetahtml%2FPTO%2Fsearch-bool.html&r=1&f=G&l=50&co1=AND&d=PG01&s1=20140084858

 

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그림 상의 12A는 심장에 이식된 심장박동기가 갤럭시 S 스마트폰으로부터 무선으로 전기를 받아 작동되거나 충전되는 것을 설명하는 것이다. 이제 생체인터넷(IoB) 시대가 도래하는 것이다.

 

차원용 소장/교수/MBA/공학박사/미래학자

아스팩기술경영연구소(), 국제미래학회 과학기술위원장, ()창조경제연구회 이사, ()한국지식재산상업화협회 부회장연세대학원/KAIST IP-CEO 겸임교수