미국 퍼듀대학교 연구팀이 의족의 착용감과 편안함을 최적화하는 웨어러블 솔루션을 개발했다.

14일(현지시간) 퍼듀대학교 연구팀은 노터데임대학교와 협력해 의족과 절단단이 만나는 부분의 압력을 실시간으로 감지하는 기술을 개발했다고 밝혔다. 이 기술은 빛을 내는 자수 섬유를 활용해 조명과 감지 기능을 통합한 것이 특징이다. 연구 결과는 국제학술지 '사이언스 어드밴시스'에 게재됐다.

의족은 신체와 접촉하는 소켓 부분의 착용감이 중요하다. 걷거나 자세를 바꾸는 등 일상 활동 중 발생하는 복잡한 힘을 관리해야 하기 때문이다. 이 힘을 실시간으로 감지하는 것은 착용감을 최적화하고 2차 부상을 예방하는 데 필수적이다.

연구팀이 개발한 웨어러블 시스템은 정상적인 압력과 전단력을 모두 감지할 수 있다. 교신 저자인 이치환 퍼듀대 기계공학 및 생의학공학부 교수는 "이번 연구는 하지 의족 사용자의 생체역학을 지속적으로 모니터링하기 위한 실용적인 웨어러블 솔루션 개발의 진일보를 의미한다"고 설명했다.

기존 광학 기반 시스템이나 스트레인 게이지 기반 변환기는 공간 제약이나 소켓 형태 변경 등의 단점이 있었다. 이번에 개발된 섬유 기반 플랫폼은 유연성과 세탁 가능성을 갖췄고, 여러 축의 힘을 감지하며 무선 시스템과도 호환된다.

제1 저자인 톈하오 위 기계공학과 박사과정 연구원은 "우리는 의족과 절단단 접합부의 힘을 감지하기 위해 완전히 자수로 제작된 다축 감지 시스템으로 이 과제를 해결했다"고 말했다.

이 시스템은 센서가 내장된 섬유 덮개를 의족 소켓 내부에 배치하고 블루투스 데이터 수집 모듈에 연결하는 방식으로 작동한다. 압력 데이터는 휴대용 장치로 무선 전송돼 디지털로 표시되며, 사용자의 소매에 부착된 자수 디스플레이를 통해 실시간으로 피드백을 제공한다.

연구팀은 이온성 젤 기반 커패시터와 기계 자수로 제작된 전극을 결합했다. 센서는 정상적인 압축과 전단 하중을 구분해 힘의 크기와 방향을 모두 파악할 수 있다.

이 시스템은 실용성도 높였다. 자수 센서를 보호 주머니에 넣어 가정용 세탁기로 30회 이상 세탁한 후에도 성능을 유지했다. 또한 직물 구조는 다양한 소켓 모양과 사용자에 맞춰 크기, 레이아웃 등을 맞춤 제작할 수 있다.

톈하오 위 연구원은 "의족 접합부의 압력은 매우 복잡하다"며 "환자들이 일상에서 최상의 경험을 할 수 있도록 가장 세분화되고 맞춤화된 데이터를 제공하고자 한다"고 밝혔다. 퍼듀 혁신 기술상용화실은 해당 기술에 대한 특허를 출원할 예정이다.