 ▲ 주름_따라_움직이는_EEG_패치_모식도=충남대 제공 © 김정환 기자 |
피부 변형 대응하는 키리가미 구조 적용… 수면 중에도 끊김 없는 측정 가능
국제 학술지 ‘Advanced Science’ 게재, 개인 맞춤형 BCI 기술 혁신 기대
잠을 자거나 얼굴을 움직일 때 발생하는 피부 주름 때문에 뇌파 측정이 중단되던 한계가 국내 연구진에 의해 극복됐다.
충남대학교 기계공학과 조성진 교수 연구팀은 미국 조지아공과대학교와의 공동 연구를 통해 피부 주름과 움직임에 실시간으로 적응하는 차세대 웨어러블 뇌파(EEG) 측정 패치를 개발했다고 밝혔다.
이번 연구 성과는 재료 및 융합기술 분야의 세계적 권위지인 ‘어드밴스드 사이언스(Advanced Science, IF 14.1)’ 3월 20일 자에 게재되며 학술적 가치를 인정받았다.
기존의 웨어러블 뇌파 센서는 피부에 부착하는 방식 특성상, 사용자가 표정을 짓거나 수면 중 뒤척일 때 발생하는 주름 변화를 감당하지 못했다. 이 과정에서 전극 접촉이 불안정해지면 신호에 잡음이 섞이거나 측정 자체가 불가능해지는 고질적인 문제가 있었다.
연구팀은 종이를 자르고 접어 입체 구조를 만드는 ‘키리가미(kirigami)’ 기법을 설계에 도입해 이 문제를 해결했다. 피부의 움직임에 따라 유연하게 형태가 변하면서도 전극의 접촉면은 안정적으로 유지되는 이방성 변형 특성을 구현한 것이다.
특히 이번 기술의 핵심은 ‘개인 맞춤형 자동 설계’에 있다. 이미지 기반 자동 설계 기술을 활용해 개별 사용자의 이마 주름 패턴을 분석하고, 그에 최적화된 키리가미 패턴을 자동으로 생성해 패치를 제작할 수 있다.
실제 실험 결과, 개발된 패치는 격한 움직임 속에서도 높은 신호대잡음비(SNR)를 기록하며 안정적인 뇌파 데이터를 수집하는 데 성공했다.
조성진 교수는 “이번 연구는 피부의 형태학적 특성과 역동적인 움직임을 구조 설계에 직접 반영해 센서의 신뢰도를 획기적으로 높인 사례”라며, “향후 수면 질 분석은 물론 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI), 원격 의료 등 디지털 헬스케어 분야의 핵심 기술로 자리 잡을 것”이라고 전망했다.
한편, 이번 연구는 정보통신기획평가원(IITP), 한국산업기술진흥원(KIAT), 한국연구재단(NRF) 등의 지원을 받아 수행되었으며, 충남대 김정민 연구원이 제1저자로, 조성진 교수와 조지아공과대 여운홍 교수가 교신저자로 참여했다.
*아래는 위 기사를 '구글 번역'으로 번역한 영문 기사의 [전문]입니다. '구글번역'은 이해도를 높이기를 위해 노력하고 있습니다. 영문 번역에 오류가 있을 수 있음을 전제로 합니다.<*The following is [the full text] of the English article translated by 'Google Translate'. 'Google Translate' is working hard to improve understanding. It is assumed that there may be errors in the English translation.>
Chungnam National University Professor Cho Seong-jin’s Team Develops Next-Generation Brainwave Patch That ‘Moves with Wrinkles’
Applying a Kirigami structure that responds to skin deformation… Enables uninterrupted measurements even during sleep
Published in international journal ‘Advanced Science,’ raising expectations for innovation in personalized BCI technology
The limitation of brainwave measurements being interrupted by skin wrinkles that occur while sleeping or moving the face has been overcome by Korean researchers.
A research team led by Professor Cho Seong-jin of the Department of Mechanical Engineering at Chungnam National University announced that, through joint research with the Georgia Institute of Technology in the United States, they have developed a next-generation wearable brainwave (EEG) measurement patch that adapts in real-time to skin wrinkles and movements.
The academic value of this research achievement was recognized with its publication on March 20 in ‘Advanced Science (IF 14.1),’ a world-renowned journal in the field of materials science and convergence technology.
Due to the nature of their skin-attachment method, existing wearable brainwave sensors could not cope with changes in wrinkles that occur when a user makes facial expressions or tosses and turns during sleep. During this process, there was a persistent problem where unstable electrode contact could lead to noise mixing into the signal or make measurement impossible.
The research team solved this issue by incorporating the "kirigami" technique—which involves cutting and folding paper to create a three-dimensional structure—into the design. This enabled the realization of anisotropic deformation characteristics, allowing the shape to change flexibly in response to skin movement while maintaining the stability of the electrode contact surface.
In particular, the core of this technology lies in "personalized automatic design." Utilizing image-based automatic design technology, the patch can be manufactured by analyzing individual users' forehead wrinkle patterns and automatically generating a kirigami pattern optimized for them.
Actual experimental results showed that the developed patch successfully collected stable brainwave data while recording a high signal-to-noise ratio (SNR) even amidst vigorous movement. Professor Cho Seong-jin stated, “This study is a case that has dramatically improved the reliability of sensors by directly reflecting the morphological characteristics and dynamic movements of the skin in the structural design,” and predicted that “in the future, it will establish itself as a core technology in the field of digital healthcare, including sleep quality analysis, brain-computer interfaces (BCI), and telemedicine.”
Meanwhile, this research was conducted with support from the Institute of Information & Communication Technology Planning & Evaluation (IITP), the Korea Institute for Industrial Technology Advancement (KIAT), and the National Research Foundation of Korea (NRF). Researcher Kim Jeong-min of Chungnam National University participated as the first author, while Professor Cho Seong-jin and Professor Yeo Woon-hong of Georgia Institute of Technology participated as corresponding authors.
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