고려대, 인공 표피로 천식 위험 신호 감지…조기 진단 기술 개발

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가스·압력·호흡 신호를 동시에 잡는 다중 모드 센서…AI 분석 결합해 97.6% 정확도

고려대학교 화학과 김종승 교수 연구팀이 중국 길림대학교 수린 교수 연구팀과 함께 천식 위험 신호를 조기에 감지할 수 있는 인공 표피 기반 스마트 헬스케어 플랫폼을 개발했다. 연구진은 인체 피부의 다층 구조를 모사한 ‘3차원 인공 표피 센서’를 구현해 가스, 압력, 호흡 등 천식과 연관된 다양한 생체 신호를 하나의 장치로 정밀하게 측정하는 기술을 확보했다. 천식은 이산화질소(NO₂) 농도 증가, 비정상적 호흡 패턴, 근육 약화 등 다양한 신호가 동시에 나타나지만 기존 웨어러블 기기들은 이를 복합적으로 감지하는 데 어려움이 있었다. 연구팀은 생체모사 구조 설계와 고감도 소재 기술을 결합해 이러한 한계를 해결했다.

새로운 인공 표피 센서는 이산화질소를 7초 만에 감지할 만큼 빠르고 민감한 반응성을 보였다. 다른 가스보다 12.3배 높은 선택성을 가져 정확성이 크게 향상됐으며, 습도 변화 환경에서도 안정적으로 작동했다. 압력 감지 기능 또한 매우 견고해 300회 이상 굽힘·누름 테스트 후에도 성능 저하 없이 일관된 신호를 측정했다. 피부처럼 유연한 구조 덕분에 신체에 자연스럽게 밀착해 장시간 착용해도 편안하며 센싱 성능이 떨어지지 않는 것이 장점이다.

연구팀은 센서를 유연 전자회로와 결합해 무선으로 실시간 신호를 측정·전송할 수 있는 스마트 경고 플랫폼으로 확장했다. 이 플랫폼은 이산화질소 노출 정도, 호흡 패턴, 압력 변화를 동시에 수집하고, 인공지능(AI) 분석을 통해 97.6% 정확도로 위험 신호를 구분했다. 이를 통해 천식 발작 위험을 조기에 감지하고 개인 맞춤형 대응을 가능하게 하는 차세대 헬스케어 기술로서의 가능성을 제시했다. 원격의료·웨어러블 헬스케어 분야에서도 폭넓은 확장성이 기대된다.

연구 성과는 재료·나노기술 분야 상위 1% 국제학술지 Nano-Micro Letters에 게재되며 기술적 우수성을 인정받았다. 김종승 교수는 이번 연구가 “인공 표피, 다중 모드 센싱, AI 기반 신호 인식을 통합한 플랫폼”이라며 “천식 조기 진단뿐 아니라 다양한 질환 모니터링과 원격 헬스케어 기술의 고도화에 기여할 것”이라고 말했다. 본 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단 리더연구자지원사업의 지원으로 수행됐다.

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