UNIST, 몸 움직여도 안정적인 체내 의료기기 무선충전 기술 개발

[울산=뉴시스] 구미현 기자 = 국내에서 몸을 뒤척이거나 걷고 숨을 쉬는 등 일상적인 움직임에도 체내 삽입형 의료기기를 안정적으로 충전할 수 있는 무선충전 기술이 개발됐다. 환자의 움직임에 따라 송·수신 코일 위치가 달라져도 필요한 전력만 정확하게 공급해 충전 효율을 높이고 발열과 전력 손실을 줄일 수 있을 것으로 기대된다.

울산과학기술원(UNIST)는 전기전자공학과 변영재 교수 연구팀이 체내 삽입형 의료기기의 작동 상태와 환자의 움직임에 맞춰 전력을 효율적으로 공급하는 적응형 무선충전 기술을 개발했다고 29일 밝혔다.

체내 삽입형 의료기기는 치료나 통신 기능을 수행할 때와 대기 상태일 때 필요한 전력량이 크게 달라진다. 그러나 기존 무선충전 방식은 환자가 움직여 송신 코일과 수신 코일의 위치가 바뀌면 수신부 상태를 정확히 판단하기 어려워 불필요한 전력을 계속 공급하거나, 반대로 필요한 전력을 제때 보내지 못하는 한계가 있었다.

연구팀은 환자의 움직임에도 수신부 상태를 정확하게 인식해 송신 출력을 자동으로 조절하는 '적응형 모드 전환 기술'을 개발했다. 신호의 절대 크기가 아닌 상태 변화 순간의 신호와 확인 신호에 대한 반응을 분석해 전력 공급 모드와 저전력 모드를 정확하게 전환하는 방식이다. 이를 통해 필요한 순간에만 충분한 전력을 공급하면서 전력 낭비와 발열을 줄일 수 있다.

연구팀은 또 체내 수신부에 공급 전압을 빠르게 제어하는 '전압 경주형 히스테리시스 제어기(VRHC)'를 적용했다. 이 기술은 전압 변화를 신속하게 감지해 출력 전압을 일정하게 유지함으로써 의료기기의 안정적인 작동을 돕는다.

성능 검증 결과도 우수했다. 송·수신 코일 간 거리를 7㎜에서 20㎜까지 변화시키는 환경에서도 출력 전압 3.3V를 안정적으로 유지했으며, 의료기기 소비 전류가 6mA에서 16mA로 급증하는 상황에서도 전압 출렁임은 18mV 수준에 그쳤다.

또 체외 송신부에서 체내 수신부까지의 종단 간 전력 전달 효율은 최고 69.1%를 기록해 기존 방식보다 최대 51.3%포인트 향상됐다.

변영재 교수는 "환자의 움직임으로 코일 위치가 변해도 필요한 전력만 안정적으로 전달할 수 있어 체내 의료기기의 배터리 교체 수술 부담을 줄이고 장기 사용과 치료 편의성을 높이는 데 도움이 될 것으로 기대한다"고 말했다.

이번 연구에는 신성민 연구원과 권성빈 연구원이 공동 제1저자로 참여했다. 연구는 과학기술정보통신부와 정보통신기획평가원(IITP)의 지원을 받아 수행됐으며, 연구 결과는 회로·시스템 분야 국제학술지 IEEE 집적회로 및 시스템 설계자동화 회보(IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers)에 지난 6월19일 게재됐다.

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