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[IT뉴스]혈압측정용 비침습 초음파 센서 '세계 최고 수준' 개발

온카뱅크관리자

2026-01-08 15:07:55

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> 한국기계연구원-KIST 공동, 유연기판·저온 솔더 공정으로 고성능 압전 초음파소자 구현 
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 (지디넷코리아=박희범 기자)혈압 측정 밴드(커프)없이 초음파로 혈관 직경을 실시간 연속 측정할 수 있는 기술이 처음 개발됐다. 웨어러블 헬스케어 기기나 스마트 의료 모니터링 플랫폼 핵심 기술로 활용 가능한 수준이다.
 한국기계연구원은 AI로봇연구소 바이오기계연구실 허신 책임연구원과 터랍 UST-KIMM스쿨 박사과정 학생연구원 연구팀이한국과학기술연구원(KIST) 바이오닉스연구센터 이병철 박사팀과 함께 세계 처음 저온 솔더 공정을 적용한 PMN-PT 단결정 압전 복합소자 기반의 피부 부착형 비침습 혈압센서를 개발했다고 8일 밝혔다.
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 <img alt="한국기계연구원 허신 책임연구원(가운데)이 비침습 혈압센서를 살펴보고 있다.(사진=한국기계연구원)" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202601/08/ZDNetKorea/20260108145905003svyb.jpg" data-org-width="639" dmcf-mid="q1Mbdj6bak" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202601/08/ZDNetKorea/20260108145905003svyb.jpg" width="658">
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 한국기계연구원 허신 책임연구원(가운데)이 비침습 혈압센서를 살펴보고 있다.(사진=한국기계연구원)
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 PMN-PT는 납 마그네슘 니오베이트-납 티타네이트의 줄임말로, 높은 압전 특성을 가진 단결정 재료다.
 이번에 개발한 비침습 초음파 혈압센서는 기존 커프 방식을 쓰지 않는 차세대 생체신호 측정 기술이다. 저온 공정이 가능한 듀얼 사이드 SnBi(주석-비스무트) 솔더 접합 기술을 적용해 고성능 압전소자를 분극 손실 없이 유연 기판 위에 안정적으로 집적했다.
 이 과정에서 개발된 센서는 피부에 직접 부착해도 안정적으로 작동한다. 곡면 부위에서도 균일한 음향 신호를 유지할 수 있다. 중심 주파수 6MHz, 수신각 45°의 특성을 지닌다. 심장 수축기·이완기 혈압에 따라 변하는 혈관 직경을 실시간 측정하고, 이를 혈압값으로 계산한다. 이 때문에 간헐적 측정이 아닌 연속적·비침습 혈압 모니터링이 가능하다.
 또한 유연한 폴리이미드(PI) 기판과 파릴렌C 봉지층을 적용해 인체 피부에도 안정적으로 부착 가능하다. 전체 두께 0.5mm 이하, 무게 1g 미만으로 장시간 착용할 수 있다.
 연구팀은 "PMN-PT 소재의 높은 전기기계 결합계수와 낮은 손실률 덕분에 작은 구동전압에서도 높은 감도를 확보했다"며 "±4 mmHg(수축기) 및 ±2.3 mmHg(이완기)의 오차 범위 내에서 상용 혈압계와 유사한 정확도를 보였다"고 말했다.
 임상 허용기준(AAMI)은 ±5 mmHg다. 이는 비침습 초음파 혈압센서 중 세계 최고 수준의 정확도다.
 실험 검증은 가상혈관 모사체(vascular phantom) 기반으로 이루어졌다. 펌프를 이용해 사람 맥박 주기와 유사한 압력 변동(약 80 bpm)을 재현하고, 센서가 이를 초음파 신호로 감지해 혈압 파형을 복원했다.
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 <img alt="한국기계연구원이 제작한 초음파 트랜스듀서. 확대한 모습.(그림=한국기계연구원)" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202601/08/ZDNetKorea/20260108145906268mryl.jpg" data-org-width="640" dmcf-mid="BWMbdj6bcc" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202601/08/ZDNetKorea/20260108145906268mryl.jpg" width="658">
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 한국기계연구원이 제작한 초음파 트랜스듀서. 확대한 모습.(그림=한국기계연구원)
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 복합 물리 현상의 상호작용을 정밀하게 모델링·해석할 수 있는 대표적인 멀티피직스 시뮬레이션 플랫폼으
 연구팀은 센서 소자 설계를 위해 대표적인 멀티피직스 시뮬레이션 플랫폼(COMSOL)을 이용해 초음파 빔의 투과 및 반사 성능을 최적화했다. 또 듀얼 사이드 저온 솔더링 기법으로 150°C 이하에서 전극 접합을 구현했다. 이를 통해 기존 납계 압전소자에서 발생하던 열 분극 손실 문제를 해결했다.
 연구팀은 "고온 공정이 필요하지 않으면서도 높은 신호 대 잡음비(SNR)와 우수한 전기적 접합 신뢰성을 확보했다"고 설명했다.
 기존 광학식 커프리스 혈압 측정 기술은 피부색·움직임·조명 등 외부 환경 요인에 영향을 받고, 피부에 근접한 혈관만 측정할 수 있는 한계로 인해 심부 혈관 혈압을 측정할 수 없었다.
 허 신 책임연구원은 “인체 부착형 초음파 센서를 통해 커프 없이도 연속 혈압 측정이 가능함을 세계 최초로 입증했다”며, “향후 AI 기반 혈압 분석 기술과 결합해 개인 맞춤형 심혈관 질환 예측 및 스마트 헬스케어 플랫폼의 핵심 기술로 발전시킬 것”이라고 말했다.
 산업통상부 소재부품기술개발사업(서비스로봇용 다중감각 센서 개발) 과제 일환으로 올해 3년차 연구를 수행 중이다.
 연구결과는 기기분야 국제 저널인 '마이크로시스템 앤 나노엔지니어링'(JCR 0.6%, I.F. 9.9, 2024년 기준)에 게재됐다.
 박희범 기자(hbpark@zdnet.co.kr)
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