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[줌 인 피플] 스마트 콘택트렌즈 무선충전 기술 개발!

■ 박장웅 / 연세대학교 신소재공학과 교수

[앵커]
스마트 콘택트렌즈라고 들어보셨나요? 눈에 착용하면 증강현실을 구현할 뿐 아니라 당뇨병과 같은 질병도 진단할 수 있는 콘택트렌즈라고 합니다. 오늘 '줌 인 피플'에서는 연세대학교 신소재공학과 박장웅 교수와 함께 이와 관련한 자세한 이야기 나눠보겠습니다. 교수님 어서오세요.

최첨단 IT기술이 접목된 스마트 콘택트렌즈. 우리가 정말 영화나 드라마 속에서만 상상했던 그런 소재인데 현실에서도 가능해질 수도 있다, 이런 이야기가 나왔습니다. 어떤 원리로 구현할 수 있을까요?

[인터뷰]
그 스마트 콘택트렌즈에 대한 콘셉트들은 이미 다양한 SF 영화나 드라마에서 꾸준하게 소개되어왔었죠.

최근에도 '알함브라 궁전의 추억'이라는 드라마에서 스마트 콘택트렌즈가 다뤄졌었는데요. 스마트 콘택트렌즈란 센서, 디스플레이 등의 소형 전자장치들이 집적화되어 있는 콘택트렌즈를 말합니다. 웨어러블 전자 기기라고 보시면 되고요.

스마트 콘택트렌즈 내부에 삽입된 전자장치들을 이용해 눈물의 성분이나 안구 상태를 분석해서 질병을 진단할 수도 있고요. 스마트 콘택트렌즈를 착용했을 때, 렌즈 내의 디스플레이가 영상을 재생해서 게임이나 내비게이션 등 영화에 나오는 것처럼 다양한 분야에서 증강현실을 구현할 수도 있습니다.

[앵커]
렌즈 자체에서 영상이 재생된다는 게 정말 놀라운 기술이라는 생각이 드는데요. 그런데 이 콘택트렌즈는 눈에 직접 착용을 하는 것이잖아요. 이게 전자 장비라고 하면 조금 더 걱정되는데 위험하지는 않을까요?

[인터뷰]
아무래도 많은 분께서 가장 우려하시는 부분이 바로 발열이나 감전의 위험성과 같은 그런 부분들이라고 생각이 듭니다. 웨어러블 기기를 사용하기 위해서는 전력공급이 필수인데, 현재 스마트폰이나 노트북 등에 사용되는 리튬 이온 배터리는 발열 문제가 있을 수밖에 없습니다. 그래서 저희 연구팀에서는 발열 문제를 해결하기 위해 리튬 이온 배터리를 사용하지 않고, 이상영 교수님께서 방열 특성이 우수하고, 내열성이 좋은 소재를 개발해서 전원을 만들었습니다.

콘택트렌즈 크기에 맞게 전원 크기도 얇고, 작게 만들어서 발열 문제를 최소화했고요. 또한, 감전의 위험을 없애기 위해 충전용 단자가 노출되지 않도록 저희가 제작했습니다. 실제로 저희가 임상 시험을 한 결과, 사람이 렌즈를 착용했을 때 작동하는 과정에서 열이 발생하지 않았고요. 일반적인 소프트 콘택트렌즈 보관액에 그대로 넣어서 보관하면 되는데, 보관액에 담겼을 때도 제 기능을 유지한다는 사실을 저희가 증명했습니다.

[앵커]
많은 분이 우려하시는 부분에 대한 그런 걱정도 좀 덜기 위한 장치들, 같이 개발을 하셨는데 이 스마트 콘택트렌즈가 겉보기에는 또 일반 렌즈와 비슷하지만 앞서 질병 진단도 가능하다고 하셨습니다. 교수님께서 체혈을 하지 않고도 당뇨병인지 아닌지를 검증할 수 있는 그런 콘택트렌즈를 함께 개발했다고 들었는데 이거는 어떤 원리로 그게 가능한 걸까요?

[인터뷰]
네, 맞습니다. 눈물에는 다양한 성분이 함유되어 있는데, 그중에는 포도당도 있습니다. 포도당 센서가 내제돼 있는 스마트 콘택트렌즈를 착용을 하면 눈물에 함유되어 있는 포도당 농도를 실시간으로 측정할 수 있고, 당뇨를 진단할 수 있는 원리라고 생각하시면 됩니다.

현재 당뇨병 환자분들은 하루에도 몇 번씩 바늘로 손가락을 찔러서 피를 뽑아야 혈당을 측정할 수 있습니다. 하지만 콘택트렌즈를 그냥 착용한 것만으로도 눈물로 당뇨를 진단한다면, 번거롭게 피를 뽑지 않아도 된다는 장점이 있습니다. 하지만 피의 혈당 농도와 눈물 속 포도당 농도가 어느 정도로 잘 일치하는지에 대한 결과가 아직까지 학계에서는 정확하게 밝혀지지 않았기 때문에 이 부분이 명확히 밝혀진다면, 스마트 콘택트렌즈를 착용을 해서 당뇨를 진단할 수 있는 날이 곧 올 거라고 기대하셔도 좋을 것 같습니다.

[앵커]
말씀을 들을수록 혁신적인 기술이라는 생각이 드는데요. 그런데 그 작고 얇은 콘택트렌즈 안에많은 전자장치를 또 설치를 해야 되다 보니까 보통 일이 아닐 것 같거든요. 그래서 아직 상용화가 좀 안 된 게 아닌가 싶기도 한데 교수님께서는 이 어려운 일을 어떤 기술을 활용해서 해결을 하신 건가요?

[인터뷰]
네. 전자장치를 만드는 데 필요한 반도체 재료나 금속 재료들은 모두 딱딱하고, 유리처럼 깨지기 쉬운 재료들입니다. 만약 이런 전자장치들을 사람이 착용해야 되는 아주 작은 소프트 콘택트렌즈에 부착한다면, 전자장치들이 쉽게 깨지는 문제가 발생을 하겠죠. 그래서 저희 연구팀에서는 스마트 콘택트렌즈의 전자장치들을 미세한 그물망 구조로 제작을 했습니다. 가늘고 작은 데다가 신축성이 있기 때문에 콘택트렌즈 곡면에 적합하도록 전자장치들을 구현할 수가 있었고요.

구글 같은 경우에 스마트 콘택트렌즈 개발을 시도를 했습니다만, 이렇게 깨지는 이런 어려움 때문에 결국에는 중단을 했습니다. 현재 국내외의 다양한 기업에서 스마트 콘택트렌즈 시장을 선점하기 위해서 굉장히 많은 노력을 하고 있습니다. 구글이 개발을 중단하면서 우리나라에서도 최초로 스마트 콘택트렌즈가 탄생하게 될지 관심을 받고 있습니다.

[앵커]
저희도 함께 기대해 보겠습니다. 그런가 하면 또 교수님께서 스마트 콘택트렌즈를 무선으로 충전하는 기술도 함께 개발해서 화제가 됐는데요. 이것도 어떤 원리로 가능한 건지 설명해 주시죠.

[인터뷰]
우선 일반 콘택트렌즈가 아니라 전자장치가 삽입돼있는 웨어러블 전자기기이기 때문에 렌즈 내부에 삽입되어있는 디스플레이나 센서 등 전자장치를 작동시키려면 배터리와 같은 전원이 반드시 필요합니다. 하지만 아직 연구 단계이기 때문에 충전의 개념도 없었고, 충전한다 하더라도 일반 전자기기처럼 작은 콘택트렌즈의 전원을 유선으로 충전하는 것은 불가능합니다.

그래서 저희는 현재 스마트폰을 무선으로 충전하는 것과 같은 원리로, 스마트 콘택트렌즈를 무선으로 충전할 수 있는 기술을 개발했습니다. 방식은 기존 스마트폰을 무선으로 충전하는 원리와 같습니다. 스마트 콘택트렌즈 내부에 배터리 역할을 하는 전원이 삽입돼 있고 스마트폰을 콘택트렌즈에 가까이 갖다 대면, 스마트폰의 전력을 콘택트렌즈 내의 안테나가 무선으로 흡수하는 그런 원리입니다.

이렇게 흡수된 전력은 시간에 따라서 크기와 방향이 주기적으로 변하는 교류이기 때문에, 콘택트렌즈 내의 전자 회로들이 교류를 일정한 방향으로 흐르는 직류로 다시 변환시켜 줍니다. 그런 다음 직류 전원이 배터리 내의, 콘택트렌즈 내의 전원을 충전시켜주는 원리라고 보시면 됩니다. 렌즈를 눈에 착용한 상태에서도 충전을 할 수가 있고요. 충전하는 과정에서 발열 문제가 없었습니다. 일반 콘택트렌즈처럼 저희가 4∼8시간 정도 착용을 해도 별다른 불편함이 나타나지 않았습니다.

[앵커]
그러면 이 렌즈를 착용한 상태에서 스마트폰에 갖다 대기만 해도 무선으로 충전이 된다, 이런 말씀인가요? 정말 신기한 기술이네요. 실제 착용하는 시험까지 모두 마쳤다고 하니까 제품이 나오는 것도 시간문제라는 생각이 드는데 이 스마트 콘택트렌즈가 앞으로 어느 분야에 활용될 수 있을지, 또 그리고 교수님의 앞으로의 계획은 어떻게 될지 들려주시죠.

[인터뷰]
네, 현재 스마트폰으로는 도보 횟수나 심박수 등의 제한적인 정보만 얻을 수 있지만, 콘택트렌즈는 눈과 직접 닿아있기 때문에 당뇨병, 녹내장 등의 여러 만성질환 진단에 사용될 수 있습니다. 콘택트렌즈를 착용한 상태에서 일상생활을 하다 보면 건강 상태에 대한 정보가 자동으로 병원의 데이터베이스로 저장될 수가 있고요. 그런 여러 질병에 대한 정보들을 또 얻을 수가 있겠죠. 그리고 저희 팀은 이런 기능들이 향후 5년 이내에 가능하지 않을까 기대합니다.

또 SF 영화나 드라마에서 계속해서 스마트 콘택트렌즈에 대한 컨셉이 나온다는 건, 사람들 관심이 그만큼 크기 때문이라고 생각을 합니다. 저희는 대학이기 때문에 스마트 콘택트렌즈에 필요한 원천기술 개발에 집중하고 있습니다만, 기업들도 이 분야에 관심을 가진다면 상용화 제품까지도 곧 가능하지 않을까 생각이 듭니다. 앞으로도 증강현실 구현이나, 건강과 같은 기술들을 개발하는 데 저와 저희 연구팀이 계속 이런 연구를 중점적으로 할 계획입니다.

[앵커]
사실 저는 렌즈를 한 번도 껴보지 않았는데 이 스마트 콘택트렌즈, 이게 상용화가 된다면 정말 기대가 되는데요. 구글에서도 지금 개발을 중단한 상태잖아요. 우리나라에서 세계 최초로 스마트 콘택트렌즈가 탄생하는 날을 저희도 함께 기다리고 있겠습니다. 오늘 말씀 잘 들었습니다.
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