[더팩트ㅣ울산=손연우 기자] 환자가 몸을 움직여 충전 코일의 위치가 달라져도 체내 의료기기에 필요한 전력을 안정적으로 공급할 수 있는 무선충전 기술이 울산과학기술원(UNIST) 연구진에 의해 개발됐다.
29일 울산과학기술원에 따르면 전기전자공학과 변영재 교수 연구팀이 체내 의료기기의 작동 상태와 송·수신 코일의 위치 변화에 맞춰 전력 공급량을 자동으로 조절하는 기술을 개발했다.
체내 의료기기는 치료나 통신 기능을 작동할 때와 대기 상태일 때 필요한 전력량이 다르다. 체외 충전기가 이를 구분하지 못하고 계속 많은 전력을 보내면 전력이 낭비되고 열이 발생할 수 있다. 반대로 기기에 전력이 필요한데도 공급량이 부족하면 제대로 작동하지 않거나 멈출 가능성이 있다.
무선충전은 전기를 보내는 송신 코일과 받는 수신 코일 사이의 거리와 정렬 상태에도 영향을 받는다. 환자가 걷거나 숨을 쉬고 몸을 뒤척이면 코일의 위치가 달라져 체외 송신부에서 측정되는 신호가 변할 수 있다.
연구팀은 이런 문제를 해결하기 위해 수신부 상태를 실시간으로 판단하고 송신 출력을 조절하는 적응형 모드 전환 기술을 개발했다.
이 기술은 신호의 절대적인 크기 대신 수신부의 상태가 바뀌는 순간 나타나는 신호 변화와 짧은 확인 신호에 대한 반응을 분석한다.
이를 통해 의료기기의 전력 수요에 맞춰 전력 공급 모드와 저전력 모드를 자동으로 전환한다.
체내 수신부에는 공급 전압을 빠르게 조절하는 전압 경주형 히스테리시스 제어기도 적용했다. 전압 정보를 같은 시점에 출발한 신호가 회로를 통과하는 시간 차이로 바꿔 읽어 공급 전압이 기준을 벗어났는지를 빠르게 판단하는 방식이다.
연구팀이 송신 코일과 수신 코일 사이의 거리를 7㎜에서 20㎜까지 바꿔 실험한 결과 의료기기의 사용 전류가 6mA에서 16mA로 급격히 증가한 상황에서도 출력 전압은 3.3V를 유지했다. 전압 출렁임은 18mV 수준에 그쳤다.
체외 송신부에서 체내 수신부 출력까지 전달되는 종단 간 효율은 최고 69.1%를 기록했다. 적응형 모드 전환 기술을 사용하지 않았을 때와 비교하면 효율이 최대 51.3%포인트 높아졌다.
연구팀은 이번 기술이 체내 의료기기의 불필요한 전력 소비와 발열 가능성을 줄이고 배터리 사용 기간을 늘리는 데 도움이 될 것으로 보고 있다.
변영재 교수는 "환자가 움직여 코일 위치가 달라져도 필요한 전력만 안정적으로 전달할 수 있는 기술"이라며 "체내 의료기기의 배터리 교체 수술 부담을 줄이고 장기 사용과 치료 편의성을 높이는 데 기여할 것"이라고 말했다.
이번 연구에는 신성민·권성빈 연구원이 공동 제1저자로 참여했다. 연구는 과학기술정보통신부 정보통신기획평가원의 지원을 받아 수행됐으며 결과는 회로·시스템 분야 국제학술지 'IEEE 트랜잭션스 온 서킷츠 앤드 시스템스 원: 레귤러 페이퍼스'에 지난달 19일 게재됐다.
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