스마트 콘택트 렌즈, '무선 충전' 가능해진다
스마트 콘택트 렌즈, '무선 충전' 가능해진다
  • 강지희
  • 승인 2019.12.08 09:00
  • 조회수 1123
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렌즈로 디지털을 경험할 수 있다니! 출처: AdobeStock
렌즈로 증강현실을 볼 수 있다니! 출처: AdobeStock

드라마 '알함브라 궁전의 추억'에서처럼 눈에 착용해 증강현실(AR)을 구현하는 '스마트 콘택트렌즈'를 무선으로 충전할 방법이 등장했습니다. 연세대학교 박장웅 교수 와 UNIST 이상영 교수, KAIST 배병수 교수 공동 연구팀은 소프트콘택트 렌즈 내에 전력을 무선으로 공급할 수 있는 무선충전 전원 제작 기술을 개발했습니다. 렌즈 안에 무선충전용 전자 회로와 급속 충·방전이 가능한 전원(슈퍼커패시터)을 제작했다고 하는데요. 해당 연구 논문은 <Science Advances>에 게재됐습니다. 

 

스마트 콘택트렌즈는 눈에 착용하는 소프트 콘택트렌즈에 전자장치를 결합한 플랫폼입니다. 눈물 속의 바이오마커를 모니터링하거나 증강현실을 구현하는 등 다양하게 활용될 수 있어 주목받는데요. 스마트 콘택트렌즈는 특히 웨어러블 기기인 만큼 지속적인 사용을 위해 전력공급을 확보하는 것이 중요합니다. 하지만 전력공급은 주로 유선충전 또는 무선전원을 전달하는 방식으로 접근해야 합니다. 때문에 시간 및 공간적 제약이 불가피했습니다. 

 

초정밀하게, 성능은 그대로

무선 충전 되는 스마트 콘택트렌즈. 출처: 한국연구재단

연구팀은 특히 착용감을 위해 소자를 유연하면서 투명한 구조로 설계했습니다. 연구팀은 실제 널리 쓰이는 소프트 콘택트렌즈 물질을 기판으로 렌즈 크기에 맞춰 장치를 만들었는데요. 정류회로, LED, 슈퍼커패시터 등을 집적시키면서도 렌즈의 구부러짐에 의해 소자가 부서지는 것을 막을 수 있는 구조를 고안해냈습니다. 

 

무선충전에 필요한 전자소자인 슈퍼커패시터, LED 등을 초정밀 인쇄공정을 통해 그려 넣었는데요. 신축성 있는 실제 소프트 콘택트렌즈 소재에 무선충전 전원을 초소형으로 구현할 수 있는 인쇄 기술을 개발한 것이죠. 또 시야를 가리지 않으면서 착용자의 활동을 방해하지 않는 무선전원의 가능성을 보여줬습니다. 

 

무선충전 회로는 콘택트렌즈 상에 제작될 정도로 초소형입니다. 그럼에도 회로는 LED 디스플레이를 구동시켜 빛을 밝히기에 성능이 충분했습니다. 뿐만 아니라 충전용 단자부(port)가 노출되지 않도록 해 착용시 감전의 위험도 없앴다고 합니다. 

 

연구팀은 나아가 렌즈가 실제 사람이 착용한 상태에서 무선충전이 가능하다 사실을 확인했습니다. 스마트 콘택트렌즈 내 LED 디스플레이를 작동할 수 있도록 전력을 공급하는 것도 확인했죠. 또한 해당 렌즈는 작동과정에서 열이 발생하지 않았습니다. 뿐만 아니라 렌즈 모양이 달라지거나 눈물이 닿을 때, 그리고 보관액에 담겨있을 때도 렌즈는 기능을 유지했다고 합니다.

박장웅 교수. 출처: 한국연구재단
박장웅 교수. 출처: 한국연구재단

덕분에 다양한 웨어러블 기기의 무선전원 공급에 실마리가 될 것으로 기대됩니다. 연구팀은 "네비게이션 기능 또는 투명 디스플레이가 집적화된 스마트 콘택트렌즈를 개발해 증강 현실을 구현 가능하고자 한다. 또한 눈물 또는 안구 상태를 자동 검진할 수 있는 질병진단용 스마트 콘택트렌즈도 개발할 계획"이라고 밝혔습니다.

 

##참고자료##

 

  • Printing of wirelessly solid-state supercapacitors for soft, smart contact lenses with continuous operations. Science Advances. (2019).


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