■ 웨어러블 기기의 핵심, 반도체! 그 역할은?

IT분야에서 가장 대표적인 헬스케어 제품을 꼽으라면 시중에서 쉽게 찾아볼 수 있는 웨어러블 기기를 떠올리는 분들이 많을 것입니다. 사용자의 건강 관리를 위한 다양한 정보를 분석해 의미 있는 데이터를 실시간으로 알려주는 기술인데요. 휴대성을 높이기 위해 시계나 밴드 형태로 구현된 제품들이 높은 인기를 끌고 있습니다.

헬스케어 기능이 탑재된 웨어러블 기기를 보면 사용자의 건강관리를 위한 다양한 정보를 측정할 수 있는 기능이 포함되어 있는데요. 운동 시간, 거리, 심박수, 칼로리 소모량 등 자신의 운동 상황을 측정해주는 피트니스 기능은 실제 운동을 하는 분들에게 큰 도움을 줄 수 있으며, 일상 활동 속에서도 자신의 운동 상태를 쉽게 분석할 수 있기 때문에 꾸준한 건강 관리가 이루어질 수 있습니다.

앞서 말한 것과 같이 웨어러블 기기가 사용자의 건강 상태를 체크하기 위해서는 생체정보를 수집할 수 있는 센서가 필요합니다. 이때 센서에서 수집한 생체정보를 디지털 정보로 변화시키는 반도체가 핵심적인 역할을 하게 되는데요. 결국 이러한 센서 역할을 하는 반도체 기술이 발달할수록 우리는 더욱 편하고 기능이 강화된 웨어러블 기기를 사용할 수 있게 되는 것입니다.

삼성전자는 지난 12월 업계 최초로 다양한 생체신호를 수집하고 디지털 정보로 변환 처리하는 기능을 하나의 반도체 칩에 통합한 바이오 프로세서를 양산했습니다. 바이오 프로세서는 체지방?골격근량, 심박수, 심전도, 피부온도, 스트레스 반응 등 모바일 헬스케어를 위한 대표적인 5가지 센서 기능을 내장해 웨어러블 기반의 헬스케어 서비스 확대에 기여할 것으로 기대됩니다.

또한, 헬스케어 기능을 갖춘 웨어러블 기기의 특성을 고려하면 안에 들어가는 부품의 크기가 최소화될수록 더욱 작고 심플한 디자인을 만들 수 있는 여건이 마련되기 때문에 내부에 들어가는 반도체의 소형화도 꼭 필요한 요소 중 하나입니다.

■ 의료와 IT기술의 만남! 반도체의 역할 분야는 더욱 커질 것으로 전망

의료산업에서 헬스케어 분야는 큰 이슈 중 하나입니다. 의료 기술의 발전은 시대를 거듭하며 끊임없이 발전했는데요. 새로운 IT 기술이 의료 분야에 접목되면서 과거에는 상상만 할 수 있었던 새로운 치료법이 현실에서도 이루어지고 있습니다.

1.가상현실 기술로 수술 경험하기

VR(virtual reality)이라고 불리는 가상현실 기술은 의사들에게 실제 환경과 매우 흡사한 가상의 수술 경험을 제공할 수 있다는 측면에서 높은 주목을 받고 있습니다. 특히 수술 경험이 필요한 의사나 의과 대학 학생들에게는 VR 기술이 갖고 있는 장점이 더욱 극대화될 것으로 보이는데요. 지난 4월 영국의 한 병원에서는 암 환자의 수술 장면을 VR 기기로 촬영해 실시간 생중계를 진행했습니다. 이 수술의 목적은 사용자가 원하는 화면과 방향을 360도로 볼 수 있는 VR 영상의 장점을 살려, 실제 수술과 비슷한 환경에서 의대생들에게 관련 지식과 의료 기술을 전수하는 것이었습니다.

2.로봇 수술 대중화의 움직임

반도체의 역할이 중요한 로봇 분야의 성장 역시 의료산업의 환경을 바꾸고 있습니다. 로봇 수술의 장점은 의사 한 명당 배당되는 환자의 수를 줄여 담당 의사의 피로도를 크게 줄일 수 있으며, 보다 정밀한 작업이 필요한 외과 수술도 로봇으로 보다 쉽고 안정적으로 진행할 수 있다는 것입니다.

이미 특정 수술 분야에서는 로봇이 수술하는 사례가 점점 늘고 있습니다. 국내 한 병원에서는 지난 8월 30일 로봇 수술 사례가 2,000건을 돌파했다고 밝혔는데요. 아직까지는 시간이 많이 걸린다는 단점과 대형 병원 중심으로 로봇 수술이 진행된다는 한계가 존재하지만 향후 IT 기술의 발전으로 더욱 많은 병원에서 로봇이 수술하는 풍경을 볼 수 있을 것으로 기대되고 있습니다.

지금까지 일상에서 쉽게 찾아볼 수 있는 모바일 헬스케어 기술과 최신 IT 기술을 활용한 새로운 치료 방식에 대해서 알아보았는데요. 헬스케어 시장의 성장세는 인간의 건강과 직결되는 분야이기 때문에 더욱 높은 관심을 일으키고 있습니다. 이와 함께 인간의 생체정보를 분석하는 센서부터 수많은 데이터를 처리하고 저장하는 반도체의 필요성도 높아지고 있는데요. 우리의 건강한 삶을 지원해줄 반도체의 활약상을 앞으로 많이 기대해주세요!

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■ 차세대 모바일 헬스케어를 위한 최적의 솔루션 제공, 바이오 프로세서

이번 제품은 삼성전자가 내놓은 첫 바이오 프로세서로, 기존 다기능 센서와는 달리 하나의 칩에 마이크로 컨트롤러(MCU)와 디지털 신호처리(DSP) 프로세서, 내장 플래시 메모리까지 구현했습니다.

기존에는 센서에서 측정된 생체신호를 처리하기 위해서는 별도의 칩이 필요했지만, 이번 삼성전자 제품은 데이터 프로세싱 기능을 내장하고 있어 생체 신호 측정부터 디지털 정보로 변환 처리하는 기능을 하나의 칩에 구현한 최초의 제품입니다.

최근 웨어러블 기기 등을 통해 수집된 개인의 건강정보를 분석해 복합적인 서비스를 제공하는 모바일 헬스케어가 각광받고 있는데, 삼성전자는 이번 바이오 프로세서의 양산으로 이러한 시장의 요구에 적극적으로 대응하고 시장리더십을 확보한다는 전략입니다.

또한 삼성전자 시스템반도체 사업은 이번 신제품을 통해 사업 영역을 기존에 집중하고 있던 모바일 SOC 분야뿐만 아니라 헬스케어 분야로까지 확대될 것으로 기대됩니다.

■ 칩 하나로 5가지 생체신호 측정, 기존 제품 면적의 1/4로 축소

이번에 양산을 시작한 바이오 프로세서는 체지방과 골격근량 및 심박수, 심전도 측정 등 모바일 헬스케어를 위해 가장 대표적인 5가지 센서 기능을 내장해 현재까지 나와있는 제품 중 단일 칩으로서는 가장 많은 생체 신호를 측정할 수 있습니다.

뿐만 아니라 심박수(PPG)와 심전도(ECG)를 조합해 혈압을 측정하는 등 별도의 알고리즘을 구성함으로써 두 가지 이상의 측정 정보를 분석해 새로운 데이터를 얻는 등 더욱 다양한 활용이 가능합니다.

또한 각각의 기능을 개별 칩으로 구성했을 때에 비해 면적을 4분의 1 수준으로 줄일 수 있어 글로벌 IT기기 제조사가 초소형 웨어러블 기기와 같은 다양한 형태의 제품을 출시할 수 있도록 디자인 유연성을 제공합니다.

한편 삼성전자는 바이오 프로세서를 활용한 팔찌 타입과 패치 타입의 웨어러블 레퍼런스 플랫폼을 고객사에 제공해 더욱 용이하게 신제품 개발을 할 수 있도록 지원할 계획입니다.

삼성전자 S.LSI 사업부 마케팅팀 허국 상무는 “IT기기가 진화하고 건강에 대한 대중의 관심이 더욱 증가함에 따라, IT를 활용한 개인 헬스케어에 대한 요구가 증가하고 있다” 며, “삼성전자의 바이오 프로세서는 다양한 생체신호를 분석할 수 있는 통합 솔루션으로서 웨어러블 기반의 헬스케어 서비스 확대에 크게 기여할 것으로 기대된다.” 고 말했습니다.

삼성전자의 바이오 프로세서는 이달부터 양산 출하를 시작했으며 2016년 상반기 피트니스/헬스케어 기기에 탑재될 예정입니다.

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먼 미래의 이야기 같지만, 반도체 기술과 웨어러블 기기의 발전으로 일상 속에서 이러한 맞춤형 헬스케어 서비스를 만날 수 있는 날도 머지 않았습니다. 책상 위(데스크톱)에서 무릎 위(랩톱)로 옮겨간 컴퓨터가 이제는 ‘입을 수 있는’ 기기로 점차 진화해 가면서 웨어러블 기기를 의학적으로 활용하기 위한 연구도 계속되고 있는데요.

24시간 나의 건강 상태를 체크하고, 혹시 발생할 수 있는 질병을 예방할 수 있게 도와주는 웨어러블 기기가 생활 속에 존재한다면 얼마나 든든할까요? 지난 8월 19일, 삼성전자 화성캠퍼스 DSR동에서 열린 S.LS사업부 콜로키움에서는 웨어러블 헬스케어(Wearable Healthcare)의 현황을 살펴보고 그 발전 방향을 함께 고민해보는 자리를 가졌습니다.

■ 전자산업을 이끌어 갈 세 번째 물결, 웨어러블 헬스케어

이 날 콜로키움은 카이스트 반도체 시스템 연구소의 유회준 교수의 발표로 진행됐습니다. 유회준 교수는 2011년 1월, ‘뉴 헬스케어 중심의 바이오 메디컬 SoC’라는 주제로 제1회 콜로키움을 진행하기도 했는데요. 이후 헬스케어 분야가 얼마나 발전했는지, 그리고 반도체 기술과 헬스케어의 만남이 어떤 가능성을 보여 줄 수 있는지에 대해 이야기를 시작했습니다.

전자산업을 이끌어 갈 핵심 분야로 과거 컴퓨터의 등장이 첫 번째 물결을 이끌었다면, 이어 등장한 휴대폰과 통신 산업이 가져온 거대한 변화는 두 번째 물결이라고 할 수 있습니다. 그렇다면 앞으로는 어떨까요? 유회준 교수는 통신 산업에 이은 전자산업의 세 번째 물결을 헬스케어 산업이 주도할 것이라고 전망했습니다.

헬스케어 산업은 인구 노령화와 만성질병의 증가, 의료 인프라의 부족, 의료비 상승 등 기존 의료 시스템의 한계를 해결해 줄 솔루션으로 주목받고 있다고 합니다. 특히 스마트 헬스케어 시장은 매년 12~16% 성장하는 고성장 산업인데요. 선진국에서는 질병의 발생을 미리 예측하고(Predictive), 질병이 생기는 것을 예방하며(Preventive), 환자들이 적극적으로 참여하고(Participatory), 개인에게 맞춤형 서비스를 제공(Personalized)하는 4P를 기반으로 미래 의료가 발전할 것으로 전망하고 있습니다. 그리고 웨어러블 헬스케어는 바로 이러한 관점에 정확하게 부합하는 분야로 꼽히고 있습니다.

■ 몸의 미세한 신호를 측정하는 ‘웨어러블 헬스케어’

이어 유회준 교수는 카이스트에서 진행하고 있는 ‘Dr.M’ 프로젝트에 대해 소개했습니다. Dr.M 프로젝트는 IT와 의료계를 연결해 원격진료 등의 분야에서 종합적인 솔루션을 제공하기 위한 프로젝트라고 하는데요. 이를 위해 헬스케어의 하드웨어 플랫폼과 서비스 플랫폼, 사용자 솔루션 등을 카이스트 내에 종합적으로 구축하고 연구를 지속하고 있습니다.

과거 시계와 같은 작은 기기 속에 건강 상태를 체크하는 모니터링 시스템을 넣을 수 있을 것이라고는 상상도 못했지만, 이제는 반도체를 기반으로 더 빠르고, 작은 헬스케어 장치를 만들 수 있게 되었습니다. 이것을 가능하게 하는 것이 바로 SoC(System on Chip)인데요. 이제는 작은 칩을 기반으로 간편하게 다양한 질환을 확인하는 것이 가능해진 것입니다.

웨어러블 헬스케어 기기는 사람 몸에 부착된 전극을 통해 미세한 신체 신호를 감지하고, 이 신호를 증폭해 CPU를 거쳐 외부로 송출합니다. 외부로 송출된 정보는 분석되어 적절한 처방이 내려지고, 이를 바탕으로 다시 사용자에게 피드백을 전달하는데요. 이런 과정은 대부분 배터리로 동작하기 때문에 웨어러블 헬스케어 장치들은 보통 저전력으로 설계되는 특징을 가집니다.

또한 ECG(Electrocardiogram, 심전도), EEG(Electroencephalogram) 등 사람 몸에서 나오는 신호는 매우 저주파, 저출력의 신호를 가지기 때문에 이를 증폭시키는 과정을 거치는데, 이 과정에서 발생하는 노이즈를 줄이는 기술이 중요하다고 합니다.

그렇다면 웨어러블 헬스케어 장치로 인체에서 어떤 정보들을 파악할 수 있을까요? 유회준 교수는 그동안 개발한 다양한 웨어러블 헬스케어 장치를 소개했습니다. SoC를 활용한 건강 모니터링 시스템은 다양한 형태로 구현되어 눈길을 끌었습니다.

먼저 작은 반창고 모양의 기기는 센서와 전원, 회로를 하나의 작은 칩으로 구성되어 우리 몸의 ECG를 측정해 알려 줍니다. 반면 얼굴에 붙이는 작은 동전 모양의 장치는 ECG와 함께 EEG, EMG(electromyography, 근전도), EOG(electrooculogram, 안구전도) 등의 신체 신호를 측정해 수면 상태를 모니터링 해주는데요. 스마트폰 애플리케이션으로 자신의 수면 상태를 간단하게 확인할 수 있는 것이 특징입니다.

건강 상태의 체크 외에 치료 목적으로 사용되는 웨어러블 헬스케어 기기도 있습니다. 전자의 흐름을 이용해 전자 패치 속에 있는 화장품이나 약품을 몸에 흡수시키고, 스마트폰을 활용해 투여되는 약품의 속도와 양을 실시간으로 직접 조절할 수도 있습니다.

그 밖에 뇌의 활동을 측정해 스트레스 지수 등 정신 건강을 확인할 수 있는 헤드밴드 모양의 헬스케어 시스템, 속옷 형태로 입기만 하면 유방암의 발병 여부를 이미지로 확인할 수 있는 모니터링 시스템 등 실제 생활 속에서 발생할 수 있는 질병들을 효과적으로 예방할 수 있는 다양한 기술들이 등장하고 있습니다.

유회준 교수는 마지막으로 웨어러블 헬스케어 시스템의 소개를 마치면서, “앞선 사례에서처럼 칩에 대한 연구는 결국 웨어러블 헬스케어 시스템 전체를 설계하는 일이고, 이것은 결국 라이프 스타일을 설계하는 것과 같다”면서, “시스템을 설계하는 사람이 사용자에게 어떤 경험을 줄 수 있을지 고민해서 단순히 반도체 칩이 아닌 꿈을 만드는 사람이 되었으면 좋겠다”라고 강연을 마치며 큰 박수를 받았습니다.

강연이 끝나고 질문과 답변 시간에는 임직원들의 질문들이 이어지며 웨어러블 헬스케어 분야에 대해 많은 관심을 보였는데요. 이 날 강연 내내 꼼꼼히 메모를 하며 경청하던 한 임직원을 만나 소감을 들어봤습니다.

삼성전자 S.LSI사업부 이권준 사원

“평소 헬스케어라는 분야가 반도체 한 분야에만 한정되는 것이 아니라는 생각을 가지고 있었습니다. 패션, 의료 등 타 분야와 연결되어 있는 분야이다 보니 그 응용분야도 많을 것이라 생각했는데요, 오늘 강연을 통해 다양한 아이디어를 생각해볼 수 있는 좋은 기회가 된 것 같습니다.

과거 라디오 시대를 거쳐, 90년대 PC 시대에 이르러 사람들은 하드웨어와 소프트웨어에 많은 관심을 갖게 되었습니다. 나아가 스마트폰과 웨어러블 기기가 등장하며, 단순 제품의 성능만을 고려하던 시대가 지나고, 라이프 스타일을 고려한 제품들이 소비자들에게 사랑받게 됐는데요. 사용자의 생활과 건강을 고려하는 웨어러블 헬스케어 기술이 앞으로 우리들의 삶을 얼마나 더 윤택하게 만들어 줄지, 발전이 더욱 기대됩니다.

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