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NEW 김지혜 교수팀, 손가락·손목관절 움직임 실시간 측정 피부부착형 무선 웨어러블 센서 개발
- 2025-06-11
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아주대 첨단바이오융합대학 김지혜 교수 공동 연구팀이 손가락과 손목 관절의 움직임을 실시간으로 정밀하게 측정할 수 있는 피부 부착형 무선 웨어러블 센서 시스템을 개발하는 데 성공했다. 이는 환자 맞춤형 재활 치료의 디지털화를 실현할 수 있는 기반 기술로, 앞으로 파킨슨병이나 뇌졸중 등 여러 근골격계 질환의 비대면 치료·모니터링 기술로 확장될 것으로 기대된다.
김지혜 교수(첨단바이오융합대학·대학원 분자과학기술학과) 국제 공동 연구팀이 재활 치료나 일상 활동 중 손목 및 손가락 관절의 각도와 운동 범위를 실시간으로 연속 측정할 수 있는 무선 웨어러블 센서를 개발했다고 밝혔다.
해당 연구 내용은 ‘손가락 및 손목 관절의 연속 모니터링을 위한 피부 부착형 무선 유연 전자 각도계 시스템(Soft, skin-interfaced wireless electrogoniometry systems for continuous monitoring of finger and wrist joints)’이라는 논문으로 세계적 학술지인 <네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)>에 5월 게재됐다.
이번 연구에는 아주대 김지혜 교수와 미국 미주리대 캔자스시티캠퍼스 신희섭 교수가 공동 제1저자로 참여했다. 포항공대 김진태 교수, 성균관대 유재영 교수, 미국 노스웨스턴대 존 로저스 (John A. Rogers) 교수, 미국 세인트루이스 워싱턴대학 미첼 펫(Mitchell A. Pet) 교수는 공동 교신저자로 함께 했다.
그동안 관절의 운동 범위 측정은 엑스레이(X-ray) 같은 대형 장비나 전문가가 사용하는 수동식 각도기 고니오미터(goniometer)에 의존해왔다. 그러나 이러한 측정 방식은 일시적이며 정적인 데이터만을 제공할 수 있어, 재활 치료의 효율성과 정확도 측면에서 한계를 가지고 있다.
공동 연구팀이 이번에 개발한 무선 웨어러블 센서 시스템은 환자의 손가락과 손목 관절의 운동 범위를 실시간으로 측정, 정확하고 직관적인 실시간 데이터를 제공할 수 있는 전자 고니오미터 시스템이다.
이번에 개발된 센서는 초소형 마그네토미터(magnetometer)와 컴퓨터 비전 기반의 보정 알고리즘, 그리고 스마트폰 기반의 사용자 인터페이스를 통해 정확하고 직관적인 실시간 데이터를 제공한다. 또한 최대 5도 이내의 측정 오차로, 높은 정밀도를 보였다.
연구팀이 개발한 무선 웨어러블 센서를 활용하면,
일상 속 다양한 환경에서 손가락 및 손목관절 움직임의 정확도 높은 측정이 가능하다
공동 연구팀의 센서는 피부에 밀착되는 유연한 실리콘 구조와 블루투스 통신 기능을 통해 별도의 복잡한 장비 없이 일상생활이나 물리치료 중에도 장시간 착용이 가능하다. 또 스마트폰 카메라를 활용한 간편한 보정 절차를 통해 사용자와 사용환경에 따라 유연하게 적용할 수 있다. 이러한 장점 덕에 병원이 아닌 가정에서도 환자가 손쉽게 사용할 수 있어, 비대면 자가 재활과 개인 맞춤형 피드백 제공이 가능하다. 이에 앞으로 디지털 헬스케어 및 원격 의료 기술로 활용될 수 있을 전망이다.
연구팀은 건강한 성인 자원자 10명을 대상으로 임상적 실험을 진행해, 손가락 및 손목의 복잡한 움직임을 높은 정밀도로 측정할 수 있음을 입증했다. 더불어 마우스와 키보드 사용이나 악기 연주, 스포츠 활동 등 다양한 일상 동작 중에도 안정적으로 데이터 수집이 가능함을 실험적으로 확인했다. 이러한 실험 결과는 이 기술이 의료기기를 넘어 다양한 작업 환경이나 스포츠 재활, 고령자 운동 기능 평가 등으로 확장 가능함을 보여준다.
이번 연구를 주도한 아주대 김지혜 교수는 “이번 연구는 그동안 엑스레이 같은 대형 장비나 수동식 각도기를 이용해 측정했던 손가락과 손목 관절의 운동 데이터를 일상 환경 속에서 지속적이고 정확하게 측정할 수 있도록 한 성과”라며 “앞으로 손이나 손목뿐 아니라 허리나 무릎 등 여러 관절의 운동 데이터 측정에 적용되어 보다 효과적으로 재활 치료에 활용될 수 있을 것으로 기대한다”라고 말했다.
김지혜 교수는 이어 “앞으로 파킨슨병, 뇌졸중, 근골격계 손상 환자 등의 원격 진단 및 치료에 응용할 수 있을 뿐 아니라, 개인의 일상 데이터를 기반으로 한 개인 맞춤형 건강 관리 플랫폼으로도 발전시킬 수 있을 것”이라고 덧붙였다.