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| 사진 왼쪽부터 서울시립대학교 김선홍 교수, 김주환 박사, 한양대학교 황진희 박사과정, 서울시립대학교 박동욱 교수, 한양대학교 정예환 교수. |
서울시립대학교(총장 원용걸)는 화학공학과 김선홍 교수, 전자전기컴퓨터공학부 박동욱 교수 연구팀이 한양대학교 정예환 교수 연구팀과 함께 전신에서 촉각 자극과 치료 기능을 동시에 구현할 수 있는 웨어러블 전기자극 슈트(TESS, Textile-based Electrical Stimulation Suit)를 개발했다고 밝혔다.
이번 연구 결과는 세계적 권위의 학술지 Nature Communications (IF 15.7, JCR상위 5.6%)에 게재되었으며, 전기생리 자극 기반 촉각 인터페이스와 치료 기능을 통합한 차세대 신경 인터페이스 기술로 높은 평가를 받고 있다.
연구팀이 개발한 TESS는 인체 전반에 걸쳐 전기 자극을 전달할 수 있는 섬유 기반 웨어러블 시스템으로, 기존 손이나 특정 부위 중심의 촉각 장치를 넘어 전신 촉각을 구현하였다. 특히 촉각 피드백(햅틱), 근육/신경 자극 기반 치료, XR(AR/VR) 인터페이스를 하나의 시스템으로 통합한 것이 특징이다. 연구팀은 전기 자극의 주파수와 세기를 정밀하게 제어하여 터치, 간지러움, 거칠기, 압력 등 다양한 촉각을 구현하는 데 성공했으며, 사용자 인식 정확도 약 90% 수준을 달성했다.
본 연구에서 서울시립대 김선홍 교수(공동 1저자) 연구팀은 핵심 소재 기술 개발을 담당하였다. 연구팀은 PEDOT:PSS 기반 전도성 하이드로겔(DMCH)과 은(Ag) 기반 신축성 전도체(Ag-PU)를 결합한 유연·저임피던스 전극 구조를 구현하였다. 이를 통해 기존 전극의 문제였던 피부 자극, 접촉 불안정성, 장시간 사용 시 성능 저하를 해결하고, 장시간 착용 가능한 고성능 웨어러블 전극을 확보하였다. 또한, 해당 전극은 높은 전도성과 생체적합성을 동시에 확보하여 대면적 신체 적용이 가능한 소재 플랫폼으로 평가받는다.
회로 및 시스템 부분에서는 서울시립대 박동욱 교수(공동 교신저자) 연구팀이 핵심 기술을 구현하였다. 연구팀의 김주환 박사후연구원(공동 1저자)은 피부–전극 간 임피던스 실시간 측정, 의복 압력 기반 센싱 시스템, 전압 자동 보정 알고리즘을 통합한 지능형 피드백 제어 시스템 개발에 핵심적인 기여를 하였다. 이를 통해 개인별 체형 차이, 착용 압력 변화, 피부 상태 변화에도 불구하고 일관된 촉각 자극을 전달할 수 있도록 했다.
연구팀은 개발된 시스템을 활용해 VR 환경에서 촉각 구현 및 전기 자극을 통한 손 떨림 완화 실험 등을 수행하며 다양한 응용 가능성을 검증하였다. 특히 전기 자극을 활용한 치료 기능과 촉각 인터페이스를 동시에 구현함으로써, 향후 디지털 치료제, 신경 재활, 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI) 분야에서 다양하게 활용될 것으로 기대된다.
서울시립대 김선홍 교수는 “이번에 개발한 TESS는 전신에 정밀한 전기 자극을 전달하고 압력 신호 피드백 기반의 일관된 촉각 인터페이스를 구현한 웨어러블 신경 인터페이스 플랫폼”이라고 밝혔다. 이어 박동욱 교수는 “향후 본 시스템을 더욱 발전시켜 신경 신호 획득과 촉각 피드백을 통합한 차세대 신경 인터페이스로 확장할 계획이다”고 전망하였다.
