차원용의 미래_11_생체인터넷/생체에너지(Internet of Biosignal/Bioenergy)

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아스팩미래기술경영연구소(Since 1994) -http://aspect.or.kr/
차원용 소장/영어교육학/MBA/공학박사/미래학자
(주)아스팩미래기술경영연구소
BIBLEMATRIX@GMAIL.COM, 010-5273-5763

Contents
Background - Definition
I
WCs(Put on or Have on)
III
WCs(Robes or Clothes)
IV
WCs(Attachable)
V
Evolution of IoB
II
Point of Care(PoC)
VI
Microimplants
VII
IoB(Internet of Bioenergy)
VIII
Other Challenges
VIV
Conclusion
X

Next Big Things
天
地人
생체인터넷
(IoB)
인간형 로봇
3D프린터/
DIY
서비스
디자인
Cloud
블록체인/
핀테크
O2O
O4O
Platform
Storage
가상현실
증강현실
자율차
두뇌인터넷
(IoB)
게놈/크리스퍼
GPS &
Sensors
SNSs
Processors
Nets
빛=에너지
Smart
Home
생체에너지
Smart
City
드론
로봇
정밀의료
신약
미세
먼지
탄소
자원
All rights reserved by Korea Creative Economy Research Network(25 Nov 2016)
IoT
SF/BM
인간(Bio)의 기술/디자인
공간(Physical)의 기술/디자인
X-
ABNI+α,
SW,
BD->SD
Until Now as there are : 시간(Digital/Cyber)의 기술/디자인
Cloud<->Edge
-> Hybrid Block Chain
I. Background - Definition

The Age of 120 Life Expectancy
Apple 의 Research Kit(Parkinson’s Disease, Diabetes,
Cardiovascular disease, Asthma, Breast Cancer)(‘15.03) +
Google – Human Body Map(‘14.07) & Lift Labs 인수('14.09)
맞춤식 농업/식단/약 제조, 병원은 식단을 처방(D-D-T-P)
100 달러 맞춤식 게놈(Genome)
맞춤형
작물육종
생체인터넷/에너지(Internet of Biosignal/Bioenergy)
Healthy Life Expectancy(HALE),
Years Lived with Disability or Years Lost due
to Disability (YLDs), 장애보정수명(DALY,
Disability-adjusted life year)
EIU - 2015 Quality of Death Index(1위 영국, 한국 32
위)
http://www.eiuperspectives.economist.com/healthcare
/2015-quality-death-index
21년 기대 수명(Life Expectancy)인 84세에서 2030~2050년경이면 누구나 100~120
세로 증가. 보건복지부의 '보건산업 종합발전전략'('16.09)에 따르면 ‘15년 현재 건강
수명(HALE)이 73세이고 ’25년 목표가 76세인데, 대략 장애연수(YLDs)=11년, 제약,
의료기기, 화장품 분야 이외에 건강수명을 늘리는 구체적인 방법이 없음.

Definition
사물인터넷(IoT)이란 모든 사물에 컴퓨팅 능력과 학습능력이 주어져 사물 스스로 학습
하고 판단하여 추천->큐레이션(Curation)->작업->의사결정->예측/추론 등의 가치를
인간에게 제공하는 것이다.
반면, 초기단계의 생체인터넷(Internet of Biosignal or Biometrics or Biometry)이란
몸에 착용(웨어러블) 가능한 다양한 기기의 센서들(Sensors)로 하여금, 착용자의 생체정
보(생체신호)들인 혈당(blood sugar), 심박동(heart rate, heartbeat), 심전도(EKG/ECG),
혈압(Blood pressure), 호흡수(Respiratory rate), 온도, 몸무게, 키, 걸음 수, 칼로리 소비
량(Calories burned) 등의 데이터들을 실시간으로 감지하고 분석하여, 착용자들에게 그
결과를 제공하여 건강(헬스)을 유지하게 하는 것이다. 또한 생체정보들의 분석결과에
따라 착용자의 운동, 수면, 영양섭취 등의 활동에 따른 생체정보들의 변화를 제공하는
것이다. 더 나아가서는 위험상황을 사전에 감지하여 본인의 생명을 살릴 수도 있으며,
비상카드인 의료 아이디(Medial ID)의 장기기증 상태로 타인의 생명까지 살릴 수 있다.

Definition
그러다가 현행의료법의 규제가 풀리는 원격의료(Telemedicine)의 시대가 도래하면 의
류일체형으로 발전하다가, 분석(A)/진단(D)/처방(T)/예방(P)하는 '치료'가 가능해지면, 각
종 센서들이 융합된 마이크로 크기의 칩(SOC, System on a chip) 또는 마이크로유체칩
(Microfluidics Chip) 또는 랩-온어-칩(Lab on a Chip)에 의해 현장에서 검사/분석하고
진단하고 치료할 수 있는 신체부착형이나 현장진단형(Point-of-care, POC)으로 발전할
것으로 보이며, 이때 분석/진단하는 생체정보들은 주로 타액(침, 唾液, Saliva), 땀
(Sweat), 소변(Urine, Urea), 호흡(Respiration), 눈물(Tear Fluid) 등을 분석할 것인데,
배출되는 이러한 생체정보들에는 각종 병을 일으키는 항원(Antigen) 또는 바이오 마커
(Bio Marker)가 포함되어 있기 때문이다. 신체부착형이나 현장진단형은 마이크로 크기
의 몸에 이식하는 '생체이식형’과 몸 속으로 들어오는 '먹는 컴퓨터형’ 또는 스마트 필로
발전할 것으로 보인다.
또한 이러한 생체인터넷 기기에 전력을 공급하는 기술도 매우 중요하다. 따라서 휘어지
는 배터리, 유연한 태양광 충전 아니면 자기공명 방식이나 중거리무선전송 방식 등, 반
영구적인 배터리에 도전할 필요가 있다. 생체이식형이나 스마트 필이나 먹는 컴퓨텅이
도래하면 인간이 갖고 있는 에너지들인 인간의 운동에너지, 열에너지, 전도성, 우리 몸
속의 미네랄 이온 등을 활용하는 영구적인 생체에너지(Internet of Bioenergy)에도 도
전해야 한다.

Evolution of IoB
인간중심의 건강/생명을 중시하는 생체인터넷 진화 방향
착용형(WCs)
• 시계, 글라스, 컨택
렌즈, 신발, 목걸이,
반지, 혁대 등
• BCI(I)
• 초소형, 경량화,
저전력, 휘는 배터리,
무선충전
• 감성/인체공학적/
패션 디자인
• Seamless NW, 인
체매질 통신/ 전기전
송
• Cloud->Edge
의류일체형
• 직물에 일체화된 시
스템
• 유연하고 빨 수 있는
회로보드
• 아라미드, 바이오
친환경 섬유, 스마트
섬유, 나노 섬유
패션 디자인
• 유연한 배터리,
무선 충전
송
• 원격의료
• Cloud<->Edge
신체부착형
현장진단형
• BCI(II)
• 스킨 패치/파스
• 현장진단(POC)
• 침, 소변, 땀, 눈물,
호흡
• 유연한 고분자 회로
• 피부와 일체화
• 유연한 배터리/무선
충전
송
• 원격진단/원격의료
• Edge<->Cloud
생체이식형
먹는 컴퓨터형
• BMI
• 마이크로 단위
• 생체친화 호환형
• 생체와 일체화
• 바이오닉(Bionic)
• 나노약물전달
• 나노바이오로봇
• 나노생체이미징
• 나노-항생제/항암제
• 생체공학 디자인
• 무선 충전
송
• Edge<->Cloud
<그림> 인간중심의 건강/생명을 중시하는 생체인터넷 진화 방향. Image Credit : 차원용, “사물인터넷(IoT)에 앞서 건강과 생명의 생체인터넷(IoB)이 더 중요” DigiEco,
13 Jun 2014)
생체에너지(움직임/운동, 체온, 전도성, 70%의 물의 이온 활용 등)
II. Evolution of IoB

Wearable Watches for Health Care(‘14~‘15)
III. WCs(Put on or Have on)
iWatch(‘15)

2013 - M7 코어칩은 동작 인식 데이터를 처
리하는 보조 프로세서임. 위치 정보나 동작인
식 정보 앱을 구현할 때 아이폰5S의 A7 애플
칩 구동 없이도 이 칩만으로 실행할 수 있음.
M7 모션 캡처 기술을 이용해 이동 및 거리 데
이터 수집 시 배터리 소모를 최소화 하고 이
정보를 활용한 새로운 서비스가 등장할 전망.
구동중인 아이폰 기능을 확인할 수 있고 다운
로드 속도를 조절할 수 있으며 네트워크 접속
빈도를 낮춰 배터리 소모를 낮출 수 있다는
것.
앱 개발자들이 이 기능을 이용해 건강이나 피
트니스 앱을 실행할 수 있음. 손목밴드와 같
은 별도 모션센서 기기 없이도 아이폰만으로
무브나 나이키플러스 등 건강앱 서비스를 구
현할 수 있음. M7칩이 앱을 실행하는데 필요
한 위치, 동작 추적 데이터를 아이폰 센서로
수집해 제공하기 때문에 가능한 것임.
M7칩을 아이폰5S에서 상용화 한 후 관련 생
태계가 조성되면 이 칩을 스마트시계인 아이
워치에 적용할 전망
Apple - M7 for iPhone 5S and iWatch(2015)

Blood is red because it
reflects red light and
absorbs green light. Apple
Watch uses green LED
lights paired with
light-sensitive photodiodes
to detect the amount of
blood flowing through your
wrist at any given moment.
When your heart beats, the
blood flow in your wrist —
and the green
light absorption — is
greater.
https://support.apple.com/en-us/HT204666
Apple – Heart Rate Sensors for iWatch(‘15)

이번에 양산을 시작한 바이오 프로세서는 체
지방과 골격근량 및 심박수, 심전도 측정 등
모바일 헬스케어를 위해 가장 대표적인 5가지
측정 기능을 내장해 현재까지 나와있는 제품
중 단일 칩으로서는 가장 많은 생체 신호를 측
정할 수 있다. 'S3FBP5A'가 측정 가능한 생체
신호는 ▲체지방/골격근량(BIA) ▲심박수(PPG)
▲심전도(ECG) ▲피부온도 ▲스트레스 반응
(GSR)이다.
ZdNet Korea - 기어S, 체지방•스트레스도 측
정한다(29 Dec 2016)
http://www.zdnet.co.kr/news/news_view.asp?
artice_id=20151229084225
Samsung – Bio Processor(‘16)

Apple – Research Kit(‘15.03.09 & ‘15.10.15)
Apple은 2015년 3월 9일 이벤트에서 iPhone 사용자 7억 명을 대상
으로(본인이 동의 하는 경우) 5개 병을 진단/분석하는 Research Kit
를 공개했음.
(1) 파킨슨 병(Univ of Rochester, Sage Bionetworks, 중국의 Xuanwa
Hospital, Sage Bionetworks)
(2) 당뇨(Diabetes - GlucoSuccess, Massachusetts General Hospital)
(3) 심 장 질 환 (Cardiovascular disease - MyHeart Counts, Stanford
Medicine, Univ of Oxford)
(4) 천식(Asthma - Asthma Health, Mount Sinai Hospital, Weill Cornel
Medical College)
(5) 유방암(Breast Cancer - ULCA, Penn Medicine) 등
Apple은 2015년 10월 15일 3개 병을 Research Kit에 추가. 현재까지 의사
54명, 참여자 10만 명 참가.
(6) 자폐증 - Autism & Beyond By Duke Medicine
(7) 뇌전증/간질병 - EpiWatch By Johns Hopkins Digital
(8) 흑색종/피부암 - Mole Mapper Melanoma Study By Sage Bionetworks,
a Not-For-Profit Research Organization

Apple – Research Kit for Parkinson's disease(‘15.03.09)
그 중 파킨슨 병을 진단하는 앱을 보겠습니다. 바로 iPhone에 설치된 파킨슨 병 테스트 App을
열고 언제 어디서나 (1) 엄지와 검지 손가락을 20초간 번갈아 두드리는 동작을 하면 그 패턴을
분석하고(Tapping Interval Test), (2) "아(Aaaaah)"라고 길게 말하면 발성 코드(Vocal cord)를
분석하며, (3) iPhone을 주머니에 넣고 앞으로 20보, 다시 돌아 20보를 걸어 걸음 걸이(Gait)와
균형(Balance) 테스트를 하면 그 결과가 자동으로 로체스터 대학병원의 의사로 전달되어 파킨슨
병의 조기진단을 하는 것입니다. iPhone뿐만 아니라 애플의 Watch, 다른 디바이스로도 가능합니
다. 그러면 진단 결과가 대쉬보드에 뜨고, 매일 같은 테스트를 반복함으로써 떨림의 심각성
(Tremor severity)과 운동 수준(Activity level)의 갭(Gap)을 줄여 파킨슨 병을 고칠 수 있습니다.
Youtube - Research Kit Demo by Jeff Williams at Apple Special Event, March 2015(11 Mar 2015).
https://www.youtube.com/watch?v=O0gcEFjQNGk

미국 MIT 공대가 2015년 4월 1일 공개한 컴퓨터 자판
(Keyboard)을 두드리는 패턴(keystroke patterns)을 분
석하여 조기에 진단하는 방법. 파키슨 병은 신경전달물
질(Neurotransmitter)을 만드는 뇌 세포가 파괴되어 생
기는데, 손이 떨리고 몸이 둔해지는 증상이 나타날 때쯤
엔 이미 이 뇌세포의 70-80%가 손상된 뒤임. 뇌를 촬영
해 진단하는 방법이 있지만 돈이 많이 드는데다 방사선
피폭 등의 부작용도 우려돼 진단이 쉽지 않음. 먼저 잠
을 푹 자고 일어난 정상인(Rested)은 빨리 칠 때나 천천
히 칠 때나 자판을 눌렀다가 떼는 시간은 거의 똑같음.
그런데 파킨슨 병 환자와 잠을 거의 못 잔 정상인(sleep
inertia)은 자판 하나 하나를 눌렀다 뗄 때 걸리는 시간
이 불규칙적임. 운동 능력이 떨어져, 어떨 땐 0.1초 정도
길게 눌렀다가, 어떨 땐 반대로 짧게 눌렀다 떼는 것임.
MIT 연구진은 이 진단 프로그램을 누구든 쓸 수 있게 공
개하고, 데이터를 모아 더 정밀한 진단법으로 발전시킬
계획임.
Youtube via MIT_Parkinson's diagnosis by typing on a keyboard(01 Apr
2015). https://www.youtube.com/watch?v=pthM_gR6VbQ
MIT News_Diagnosis by keyboard. By revealing loss of motor skills, typing patterns
may help to identify early onset of Parkinson's(01 Apr 2015).
https://newsoffice.mit.edu/2015/typing-patterns-diagnose-early-onset-parkinsons-
0401
MIT – Parkinson's diagnosis by typing on
a keyboard(‘15.04.01)

MIT_New digital pen could mean faster Alzheimer's, Parkinson's diagnoses(13 Aug 2015)
http://mitsloan.mit.edu/newsroom/articles/new-digital-pen-could-mean-faster-alzheimers-
parkinsons-diagnoses/
http://news.mit.edu/2015/could-pen-change-how-we-diagnose-brain-function-0813
MIT, Parkinson's - http://news.mit.edu/topic/parkinsons
MIT – Parkinson's diagnosis by Digital Pen
Digital Clock Drawing Test
생체인터넷(IoB). 두뇌인터넷
(IoB). MIT 공대 연구원들이
디지털 펜(Digital Pen)을 활용
한 치매(Alzheimer's)와 파킨
슨병(Parkinson's)을 조기에 진
단하는 소프트웨어를 개발했
음. 특히 소프트웨어는 복잡한
알고리즘으로 구성됐지만, 그
림 패턴(Pattern)과 그림 그리
는 시간 등에 따라 치매 여부
를 미리 확인할 수 있음.

가슴이나 손등이나 스마트 옷에 부착할 수 있는 안테나 칩 - 삼성전자가
사람 몸이나 스마트 옷 그리고 웨어러블 기기에 부착할 수 있어 통신용
디바이스로 사용할 수 있는 탄성체의 잡아 당길 수 있는 안테나(a
stretchable antenna) 와 안 테 나 를 제 조 하 는 기 술 (STRETCHABLE
ANTENNA AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME)을 개발해
2014년 5월에 미국 특허청에 특허를 등록했다(20140118201, 1 May
2014). 이 특허는 2013년 10월 20일에 출원한 것이다. 잡아 당길 수
있다는 것은 여러 번 접거나 변형시켜도 휠 뿐 안테나의 속성을 그대로
유지한다.
특허 상의 1A는 잡아 당길 수 있는 무선통신 디바이스. A는 층층이(Tiers)
쌓은 안테나 칩을 디자인한 것이고, 20은 잡아 당길 수 있는 안테나로
가운데 있는 10의 칩(Chip)으로 연결되어 있음. 이 때 칩은 심박동(Heart
Rate), 운 동 할 때 의 호 흡 수 (respiration rate) 등 의 생 체 신 호 (Bio
Signal)를 수집하여 외부의 전자기기로 안테나를 통해 데이터를 송신.
Image Credit : USPTO
특허 상의 1B는 운동을 할 때 심박수를 모니터링 할 수 있음. 100은
무선통신 안테나가 칩에 융합된 디바이스 임. 인간의 몸에 부착할 수도
있고 조깅 옷에 부착할 수도 있음. 더 확대하면 장갑에 부착할 수도
있고 티-셔츠에 부착할 수도 있음. 이와 같은 옷들은 구길 수도 있고
운동에 따라 다양한 형태로 변형될 수 있으므로 안테나 디바이스는
이와 같은 상황에 순응적으로 유연성 있게 대처할 수 있도록 탄성력을
가진 것임. Image Credit : USPTO
Samsung – Wearable Robes Antenna
IV. WCs(Robes or Clothes)

01 미국
BudyMedia
스마트 밴드(Smart Band) - 스마트 밴드가 내장된 SenseWear(2002). 온도나
열을 감지하고 얼마 만큼의 칼로리를 섭취했는지 등의 다이어트를 모니터링. 이
미 판매하고 있음.
02 한국 KAIST 건강 모니터링 시스템 - 체온과 땀의 변화 같은 생체신호를 측정하는 건강모니
터링 칩(Chip), 건강상태를 알려주는 LED 디스플레이, 그리고 배터리가 옷감에
장착되어 작동하는 입는 바이오 옷 컴퓨터(Kim & Yoo et al., IEEE, 2008). 센
서를 바꾸면 맥박 등 다른 생체신호를 측정하는 것도 가능. 직물 표면에 있는 물
질의 종류와 양에 따라 전도율이 변화하는 성질을 이용한 것으로 생체신호를 측
정한 뒤 모니터링 칩으로 전달해 데이터를 처리하고 사용자가 원할 때 데이터를
전송하거나 보여주는 시스템.
03 유럽의 Biotex 땀을 센싱하고 분석하는 스마트 옷 - 체온이나 심장박동 등 생리 측정
(Physiological Measurements) 이 아닌 땀의 바이오화학적 신호들을 지속적으
로 감지하여 분석. 땀 센싱 수집기(Sweat Collector). 물에 대한 친수성
(Hydrophilic)과 소수성(Hydrophobic)의 직물을 조합하고 직조해 땀을 패치 센
서(Patch Sensors)로 흐르게(Channel)함. 배터리 등의 전기 공급장치 대신, 우
리 몸의 자연적인 당김(Attraction)과 배척(Repulsion)의 반응을 이용해 땀을 채
널을 통해 센서로 이동하게 함. 이 작은 패치 안의 미세한 용기(Reservoir)가 땀
으로 가득 차면 그저 패치에서 떼어내 버리면 그만인데, 이 패치의 길이는 5-10
평방인치임. 이 패치가 내장된 셔츠들은 세탁이 가능하고 재사용이 가능함
(Technology Review, 17/Arp/2008). 2-3년 내에 상용화 기대
<표> 생체신호(Biosignal) 인터페이스(BIT) 기술 관련 연구 개발 사례 및 상용화 정도
의류 - 스마트 바이오 웨어
BodyMedia FIT in Motion
http://www.bodymedia.com/Learn-
More/BodyMedia-FIT-in-Motion
IV. WCs(Robes or Clothes)

서울대 의대 의공학과(Biomedical Engineering) 연구팀이 세
계 최초로 개발한 혈압 센서는 가슴에 부착하면 심전도와 혈
압을 실시간으로 측정(Ferroelectret film-based patch-type
sensor for continuous blood pressure monitoring)할 수 있
습니다. 필름으로 만들어져 자유자재로 휘는데다 무게도 14
그램에 불과합니다. 패치 표면의 두 원형 센서가 심장의 전기
적 신호를 파악하고 패치 필름 자체가 심장의 물리적 진동
신호를 감지해서 혈압을 계산합니다. 기존 혈압계 수치와
95% 이상 일치하고 미국과 영국의 엄격한 혈압계 가이드라
인을 모두 충족시켰습니다. 장기간 동안 또 연속적으로 혈압
의 변화를 계속 모니터링 하고, 데이터를 축적하고 또는 무선
통신을 통해서 원격지로 보낼 수 있는 장점이 있습니다. 이번
연구는 몸에 착용하는 측정 장비를 선도하는 획기적인 기술
로 인정받아 2014년 1월 30일자의 국제 학술지 '일레트로닉
레터즈(Electronics Letters)' 표지 논문과 함께 의공학 기술란
(Biomedical technology)에 실려 전세계에 소개됐습니다.
Youtube via KBS - '붙이는 혈압기' 국내
연구팀이 세계 첫 개발(10 Apr 2014)
http://www.youtube.com/watch?v=dCjEs3
PRKGM
S. Noh, C. Yoon, E. Hyun, H.N. Yoon, T.J. Chung, K.S. Park, H.C. Kim,
"Ferroelectret film-based patch-type sensor for continuous blood pressure
monitoring", Electronics Letters, Volume 50, Issue 3, 30 January 2014, pp.
143 – 144, DOI: 10.1049/el.2013.3715.
http://digital-library.theiet.org/content/journals/10.1049/el.2013.371
서울대 - Attachable Blood Pressure Monitoring
V. WCs(Attachable)

YTN - 피부에 붙여 질병 치료...전자 패치 개발(201403312252317326_s)(31 Mar 2014)
http://www.ytn.co.kr/_ln/0105_201403312252317326
rtsp://nvod1.ytn.co.kr/general/mov/2014/0331/201403312252317326_s.wmv
mms://nvod1.ytn.co.kr/general/mov/2014/0331/201403312252317326_s.wmv
Son, Hyeon & Kim et al., "Multifunctional wearable devices for diagnosis and therapy of movement disorders", Nature Nanotechnology, Advance online
publication : 30 March 2014, doi:10.1038/nnano.2014.38. http://www.nature.com/nnano/journal/vaop/ncurrent/abs/nnano.2014.38.html
IBS 나노입자연구단 - Attachable Electronic Patch/Pass
V. WCs(Attachable)

눈물(Tear Fluid)에서 혈당(Blood Sugar) 및 만병을 진단
모니터링하는 스마트 컨택 렌즈(Smart Contact Lens)구
글은 이를 위해 마이크로한 LED 조명을 스마트 컨택 렌
즈에 융합시켜 사용자들이 포도당(혈당) 수준을 알 수
있도록 개발하고 있으며, 미국식품의약안전청(FDA)과
계속 협의 중이라고 공식 보도했다(Google Official Blog,
16 Jan 2014)1)
1) Google Official Blog - Introducing our smart contact lens project(16
Jan 2014)
http://googleblog.blogspot.co.uk/2014/01/introducing-our-smart-
contact-lens.html
2) 2014년 3월 27일 구글은 스마트 컨택 렌즈 관련 8개의 특허를 미국 특
허청에 등록했다. 마지막 정보처리 방법에 관한 두건의 특허는 연속특허이
다.
그러나 2018년에 들어와 구글의 칼리코(Calico)는 스마
트 컨택 렌즈 프로젝트를 중단했다. 그 이유는 혈액 속
의 혈당 수준보다 눈물에서의 혈당 수준이 훨씬 떨어져
실제로 혈당을 측정할 수 없기 때문이다(BBC, 19 Jan
2018)2).
2) BBC - Google halts glucose-sensing contact lens project(19 Nov 2018)
https://www.bbc.com/news/technology-46262520
Google – Attachable Smart Contact Lens
Youtube - Google unveils smart contact
lens with glucose sensor(17 Jan 2014)
http://www.youtube.com/watch?v=Vewaf
kwXbto
V. WCs(Attachable)

부산 소재 부경대(Pukyong National University) 화학과 장병용
(Byoung-Yong Chang) 교수 연구팀이 본인이 소변 검사로 혈당, 적혈
구, 백혈구, 비타민, 혈청 등 12가지 검사 결과를 곧바로 알려주는 스
마트폰 앱을 개발해, 국제학술지인 렙-온어-칩(Lab on a Chip)의 2014
년 5월 21일자에 '스마트폰 기반의 다중물질분석 색상 센서 어레이 개
발(Development of the smartphone-based colorimetry for multi-
analyte sensing arrays)'이라는 논문을 발표했습니다(Hong & Jang, 21
May 2014). 이는 현장에서 색상을 분석하는 센서베이스로 검사 결과
를 즉시 알려주는 - 이를 'immediate point-of-care(POC)라 합니다 -
아주 실용적인 앱.
첫째, 제약회사에서 판매하는 리트머스 시험지를 소변에 담그면 시험
지의 색상이 변함. 둘째, 스마트폰으로 시험지의 색상 변화를 찍으면
각각의 색상 센서들이 자동으로 색상을 인식. 셋째, 색상들은 정확한
알고리듬(algorithm) 베이스로 디지털화 됩니다. 넷째, 정확하게 디지
털화된 색상들은 어플에 탑재된 교정 곡선(calibration curves)에 따라
응집도(concentration values)로 전환됨. 다섯째, 그 다음 정상, 위험
1∼3 등 4가지 결과를 구체적인 수치와 함께 표시하고 데이터를 저장
하기 때문에 이용자는 건강상태의 변화추이를 알 수 있음. 소변검사용
시험지는 개당 몇 백 원에 불과해 검사비용을 상당히 아낄 수 있으며,
조만간 현장 진단 시대를 열 것으로 기대.
Hong, Jong Il. and Byoung-Yong Chang, "Development of the smartphone-based colorimetry for multi-
analyte sensing arrays", Lab on a Chip, Vol. 14, Iss. 10, pp. 1725-1732, First published online 11 Feb 2014,
Printed on 21 May 2014. http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2014/lc/c3lc51451j#!divAbstract
Youtube via KBS - [위클리IT]((08
May 2015)(movie_05-10-
2014_09-45-08)(02:05)
http://www.youtube.com/watch?
v=k9KgUrcbEtA
부경대 - 스마트폰 소변 검사 어플 개발(POC)
VI. Point of Care(PoC)

생체인터넷(IoB, Internet Of Biosignal)이 온다
^^. 광주과학기술원(GIST) 신소재공학부 윤명한
교수가 주도하고, 박성준 박사과정생(제1저자)
등 이 , 체 액 (Body_Fluid) 과 동 일 한 전 해 질
(electrolyte)을 이용해 인체에 삽입하는 생체이
식 형 (Implantable) 의 마 이 크 로 이 식 기
(microimplant)인 초저전압(Sub-0.5 V) 전자소
자를 개발해 논문을 발표(Park & Yoon et al,
Scientific Reports, 14 Aug 2015). 향후 체내 생
체이식형 소자와 바이오센서와 다양한 수질(水質)
센서를 개발하는데 발판이 될 것으로 기대.
* 헤럴드경제_체액과 같은 전해질…인체 삽입하는 '초저전압 소자
' 개발(18 Aug 2015)
http://news.heraldcorp.com/view.php?ud=20150818000412
•Park & Yoon et al., "Sub-0.5 V Highly Stable Aqueous Salt
Gated Metal Oxide Electronics", Scientific Reports, Published
online:14 August 2015.
http://www.nature.com/articles/srep13088
Microimplants
VII. Microimplants

Wireless power transfer to deep-tissue
microimplants
미국 스탠포드 대의 전기공학과의 아다 푼(Ada S. Y. Poon) 교수
와 심장외과(Cardiothoracic Surgery)의 의학자들이 쌀 한 톨 크
기(2 mm, 70 mg)의 마이크로이식기들(microimplants)을 개발
하고, 동시에 인간 몸에는 해를 끼치지 않는 중거리무선전송
(mid-field wireless transfer) 기술을 개발해, 토끼나 쥐에 이식
된 마이크로이식기들에 전원을 무선 전송 또는 충전하는데 성공
해, 2014년 5월 19일자의 미국과학원회보(PNAS)에 '깊은 조직
에 이식된 마이크로이식기들에 무선전송(Wireless power
transfer to deep-tissue microimplants)'이라는 획기적인 논문을
발표(Ho et al., PNAS, 19 May 2014).
이들은 논문에서, 이식한 마이키로기기들은 뇌나 표피 조직 속
으로 5cm 깊이로 이식했으며, 피부 위의 신용카드 크기의 전원
공급장치를 통해 무선으로, 인간이나 동물에는 해가 안 되는 밀
리와트 수준을(milliwatt levels) 전송해, 초소형 임플란트(이식)
기기들을 작동. 따라서 이는 앞으로 이식 시스템의 새로운 혁명
을 열어, 이번 논문보다 더욱 작은 차세대 이식 시스템들이 인간
의 몸 속으로 융합되어진다면, 비용 절감은 물론 위험부담을 크
게 줄일 수 있을 것으로 기대하고 있어, 지금 과학계와 의학계는
이 논문으로 야단법석임.
Youtube - Stanford engineer invents safe
way to transfer energy to medical chips
in the body(16 May 2014).
https://www.youtube.com/watch?v=7WURJ9rgw
js
YTN - 쌀알 크기 인공심장박동기...사이보그 신호
탄(24 May 2014)(201405240004104778_s)
4778
rtsp://nvod1.ytn.co.kr/general/mov/2014/0524/2
01405240004104778_s.wmv
Ho et al., "Wireless power transfer to deep-tissue microimplants", PNAS,
doi:10.1073/pnas.1403002111, Published ahead of print 19 May 2014.
http://www.pnas.org/content/early/2014/05/14/1403002111.abstract
VII. Microimplants

YTN - 암세포 찾아가 터지는 '나노 수류탄' 개발, 201404061909157775_s, (06 Apr 2014)
rtsp://nvod1.ytn.co.kr/general/mov/2014/0406/201404061909157775_s.wmv
Daishun Ling, Wooram Park, Sin-jung Park, Yang Lu, Kyoung Sub Kim, Michael J. Hackett, Byung Hyo Kim, Hyeona Yim, Yong Sun Jeon, Kun Na,
and Taeghwan Hyeon , "Multifunctional Tumor pH-Sensitive Self-Assembled Nanoparticles for Bimodal Imaging and Treatment of Resistant
Heterogeneous Tumors", DOI: 10.1021/ja4108287, Publication Date (Web): April 1, 2014 (Article), http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ja4108287
서울대 - pH-Sensitive magnetic nanogrenades(PMNs)
VII. Microimplants

Google’s Newest Search: Cancer Cells. Google X Team
Hopes to Develop Nanoparticles to Provide Early
Detection of Cancer, Other Diseases. Google Inc. is
designing tiny magnetic particles to patrol the human
body for signs of cancer and other diseases, in the latest
example of the Internet giant’s sweeping ambition. Google
said its nanoparticles, less than one-thousandth the width
of a red blood cell, would seek out and attach themselves
to cells, proteins or other molecules inside the body. The
company also is working on a wearable device with a
magnet to attract and...
Andres Conrad, Head of Life Sciences, Google
http://www.wsj.com/video/google-newest-search-cancer-
cells/18A99506-7B30-4476-8755-DD9B7632E788.html
WSJ.D Live - 2014 global technology conference(28 Oct
2014).
http://online.wsj.com/articles/google-designing-
nanoparticles-to-patrol-human-body-for-disease-
1414515602
Google – Nanoparticles for Early Detection
of Cancer Cells w/i 5~7 Years
VII. Microimplants

이식된 심장 박동기에 반영구
적으로 전원을 공급하는 어깨
에 부착할 수 있는 웨어러블한
압 전 효 과 에 너 지 수 확 기
(piezoelectric energy
harvester). Credit: KAIST
생체인터넷(IoB)이 온다!! KAIST의 이건재(이번 논문 교신저자) 교
수 연구팀과 연세대 세브란스 병원 심장과의 정보영 교수 연구팀
이, 부정맥(arrhythmia) 등으로 고통을 받는 환자의 심장에 이식
된 인공심장 박동기(artificial cardiac pacemaker)에 반영구적으
로(operated semi-permanently) 전력을 공급할 수 있는, 어깨에
부착할 수 있는(Wearable), 플렉스(휘는)한 압전효과의 나노발전
기(a flexible piezoelectric nanogenerator)를 개발해, 세계에서
최초로 데모하고, 2014년 4월 17일자의 어드밴스트 머트리얼
(Advanced Materials) 지의 온라인 판에 논문을 발표했다(Hwang
& Lee et al., 17 Apr 2014). 이건재 교수는 몸에 부착할 수 있는 배
터리와 휘고 접고 마는 배터리 분야의 최고 전문가이다. 이번 나노
발전기는 압전효과에 따라 몸의 움직임 만으로 전력을 공급하는
것이다. 연구팀은 싱글-크리스털 PMN-PT 초박막 필름을 이용해
고성능의 플렉스한 나노발전기를 조립했다. 이를 통해 수확된 에
너지는 8.2V에서 0.22mA에 이릅니다. 이 정도면 쥐에 이식된 심
장 박동기를 충분히 작동시킬 수 있다.
* Science Daily - First demonstration of a self-powered cardiac pacemaker(23 Jun
2014). http://www.sciencedaily.com/releases/2014/06/140623120316.htm
* Hwang & Lee et al., "Self-Powered Cardiac Pacemaker Enabled by Flexible Single
Crystalline PMN-PT Piezoelectric Energy Harvester", Advanced Materials, DOI:
10.1002/adma.201400562, Article first published online: 17 APR 2014.
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201400562/abstract
KAIST - Self-Powered Cardiac Pacemaker
VIII. IoB(Internet of Bioenergy)

KAIST(조병진 교수) - 입을 수
있는 전원발생 유연 열전소자
제작 기술 개발, 이번에 개발된
열전소자를 팔에 두를 수 있는
가로·세로 각 10cm의 밴드형
태로 제작한다면, 외부 기온이
20도일 때(체온과 약 17도 차
이가 있는 경우) 약 40밀리와
트(mW)의 전력을 생산, 이는
웬만한 반도체 칩들을 다 구동
할 수 있는 전력임. 만일 상의
전 체 에 해 당 하 는 면 적 (50
x100cm)으로 제작해 입는다면,
약 2W의 전력이 생산돼 휴대
폰 사용도 가능함(Kim & We
& Cho, Energy Environ. Sci.,
14 Mar 2014 )
KAIST - Next Energy – Matrix Is Coming
Sun Jin Kim, Ju Hyung We and Byung Jin Cho, "A wearable thermoelectric
generator fabricated on a glass fabric", Energy Environ. Sci., Advance Article,
DOI: 10.1039/C4EE00242C, First published online : 14 Mar 2014.
http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2014/ee/c4ee00242c#!divAbstract
YTN via Youtube - KAIST 웨어러블 발전 세상 바꿀 기
술 1위 쾌거(04 Feb 2015)
https://www.youtube.com/watch?v=a_w227ILGJA

Cho et al., "High-Performance Flexible Thermoelectric Power Generator Using Laser Multiscanning Lift-Off Process",
ACS Nano, 10(12), pp. 10851-10857, 2016, 27 Dec 2016(17 Nov 2016 on Web)
http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.6b05004
KAIST - Next Energy – Matrix Is Coming

Tom Zimmerman이 1996년 개발한 인체매질 통신
시스템으로 본인의 명함을 악수하면서 전송. 사진 :
IBM의 Tom 사이트
인체매질 통신은 인간은 바로 전도체라는 점을 이용하는 기술이
다. 하지만 반드시 디바이스에 전극(Electrode)을 이식해야 한다.
이 경우 악수를 하면 디바이스에 있는 전극의 전기장에 의해 데
이터가 손목을 통해 상대방의 디바이스에 전송된다. 이때 외부
디바이스에 의한 전기장은 인간의 몸을 통해 믿을 수 없는 아주
작은 미세 전류를 흐르게 하는데, 이 미세 전류를 통해 데이터가
전송되는 것이다. 이 미세한 전류는 1 암페어(amp)의 10억분의
1로 1나노암페어에 불과하다. 이 미세한 전 류는 사실 우리 인
간 몸 속에 이미 흐르고 있는 전류보다 더 낮은 것이다. 우리가
빗으로 머리를 빗으면 이때에도 전기장이 일어나는데, 이 때의
전기장은 인체매질 에 사용되는 전기장의 1,000배나 된다. 하지
만 인체매질의 1나노암페어의 전류로 이론적으로는 초당 40만
비트를 전송할 수 있다.
1996년 MIT의 미디어 랩 연구소의 Tom Zimmerman)1)이 최초
로 인체(Human body)를 통해 9600bps의 속도로 통신이 되는
시스템을 개발했는데, 두 사용자의 신발 밑에 인체통신 송수신
장치를 부착하고 두 사용자가 악수를 하면서 명함을 인체를 통
해 전달하는 것이었다. 이 방법을 이용해 Zimmerman은 실제로
본인의 명함을 전달했으며 지금도 IBM에서 PAN 영역을 연구하
고 있다.
1) 지금은 IBM의 Almaden 연구소에서 연구하고 있다.
http://www.almaden.ibm.com/cs/people/zimmerman/tzim.html
IBM – Human Body(Skin) Network

Microsoft – 미국의 Microsoft 사는 인간의 몸은 전도성
(Conductive Properties)이라는 점을 이용한 인간 몸-피
부를 전기에너지(Power)로 이용하는 데이터 전송방법
기술 개발, 특허 취득, 조만간 개인영역네트워크(PAN
or BAN)의 혁신적인 입고 다니는 옷 컴퓨팅 시대 앞 당
겨, 이 것이 어떻게 가능한 일인가?(Microsoft patents
body power. The skinny on IT - The human body as a
computer bus. What Microsoft is proposing is to use
the skin's own conductive properties to transmit the
data needed to create such a network(14/Jul/2004)
Cnet-news.com - Microsoft patents body power(23/Jun/2004)
http://news.com.com/Microsoft+patents+body+power/2100-1014_3-
5244766.html?tag=nefd.pop
UK-Economist.com - The skinny on IT - The human body as a
computer bus(01/Jul/2004)
http://www.economist.com/science/displayStory.cfm?story_id=2876950
Microsoft – Human Body(Skin) Network
Microsoft 사가 개발한 인간의
피부를 이용한 데이터 전송법 기술(2004)
사진: News.com, P/N: 06754472

개인영역네트워크(BAN, Body Area Network)란 웨어러블
(wearable) 또는 몸에 이식할 수 있는(implantable) 형태
의 센서나 기기를 무선으로 연결하는 기술입니다. 특히
몸을 통신 매질로 사용하기 때문에 이를 인체매질통신
(Human Body Communication, Human Skin
Communication)이라 합니다. 미국 UCSD(University of
California, San Diego)의 전기공학자들이 몸을 통과할 수
있는, 그러나 인체에 무해하고 저전력이며 높은 보안을
보증하는 자기장 무선통신 시스템을 개발해, 앞으로 웨어
러블 컴퓨터/옷/기기/생체이식기들과 몸을 통해 정보를
주고받을 수 있게 되었습니다. 따라서 이 자기장을 이용
하는 인체매질통신은 기존에 존재하는 블루투스/와이파
이 등의 무선망을 대체하는 별도의 망으로 자리매김할 가
능성이 높습니다.
단, 자기장을 생성하는 코일(magnetic-field-generating
coils)을 머리, 팔, 다리에 차고 있어야 하는데, 이것이 불
편할 것입니다. 그러나 기술이 혁신되다 보면 언젠가는
미니화 될 것이고 더 나아가 몸 속에 이식하게 되면 이러
한 불편함도 제거 될 것으로 보입니다.
Science Daily_Magnetic fields provide a new way to communicate wirelessly. A new technique could pave the way for ultra
low power and high-security wireless communication systems(01 Sep 2015).
http://www.sciencedaily.com/releases/2015/09/150901100323.htm
UCSD – Magnetic Wireless
Communication thru Human Body

Carnegie Mellon – Ingestible
Electronic Medical Devices
위장 기관들. 바이오 영감으로 제작한 미네랄 배터리가 탑
재된 스마트한 약들은 비용-효과적(cost-effective)이고 식
품의약안전처의 까다로운 심의를 통과할 수 있다. Credit:
© nerthuz / Fotolia via Science Daily(21 Sep 2015).
* Science Daily_Digestible batteries needed to power electronic pills(21 Sep 2015)
http://www.sciencedaily.com/releases/2015/09/150921133419.htm
* Christopher J. Bettinger, "Materials Advances for Next-Generation Ingestible
Electronic Medical Devices", Trends in Biotechnology, Published Online: 21 Sep
2015.
http://www.cell.com/trends/biotechnology/abstract/S0167-7799(15)00160-2
건강한 세포 주변을 보면 육각구조를 형
성하는 미네랄 이온들(Mineral Ions)인
칼슘(Ca), 게르마늄(Ge), 철(Fe), 구리(Cu),
나트륨(Na) 등을 중심으로 육각수를 형
성하고 있음.
먹는 디바이스들은 전류를 흐르게 하는
전해질(electrolytes)이 필요한데, 바로
우리 몸의 액체들(the natural liquids)은
미네랄 이온들로 구성되는 전해질이라는
것에 착안. 우리 몸은 전도성의 전도체.
피부를 통해, 우리 몸 속의 물을 통해 전
류를 송수신하고 충전할 수 있음. 이것이
바 로 인 체 매 질 통 신 (Body or Skin
Communication)임.

Google – Human Body Map(‘13~’14)
(1) 유전분석 23andMe에 390만 달러(2007), (2) 칼리코(Calico)(‘13.09)
+ 애브비(AbbVie)와 새로운 약을 개발하는 협약('14.09), (3) 혈당
(Blood Sugar) 및 만병을 진단 모니터링하는 스마트 컨택 렌즈(Smart
Contact Lens)(‘14.03). (4) 인체 데이터의 패턴을 빅 데이터로 분석해
인체 지도(Human Body Map)에 도전(‘14.07), (5) 파킨슨병 전문 헬스
케어 벤처 '리프트랩스(Lift Labs)' 인수('14.09).
인체의 유전자(Genome)와 분자 정보(Molecular information)를 분석
해 건강한 신체의 조건을 알아내는 ‘베이스라인 스터디(Baseline
Study)’ 프로젝트를 최근 가동했다고 보도. 올 여름부터 175명의 인체
를 분석하고 향후에는 수천 명으로 확대해 건강한 사람들의 인체조건
을 완전한 지도로 만들겠다는 것.
기존 의학 연구보다 훨씬 방대한 데이터를 모으는 것이 이 프로젝트의
특징. 혈액(blood), 침(Saliva), 소변(Urine, Urea), 눈물(Tear Fluid),
호흡(Respiration) 등의 생체정보도 모두 모음. 구글이 갖춘 강력한 연
산 시스템과 기계학습과 인공지능과 양자컴퓨팅 등을 활용해 가능한
모든 인체 데이터를 빅 데이터로 수집/분석하여, 특정한 패턴을 알아
낸다는 전략. 수집된 데이터는 익명화해 연구 목적으로만 사용하고 보
험회사 제공 등 다른 용도로 쓰지는 않는다고 구글은 설명.
The Wall Street Journal - Google's New Moonshot Project: the Human Body. Baseline Study to Try to Create Picture From the
Project's Findings (27 Jul 2014). http://online.wsj.com/articles/google-to-collect-data-to-define-healthy-human-1406246214
Time - Exclusive: TIME Talks to Google CEO Larry Page About Its New Venture to Extend Human Life(18 Sep 2013).
http://business.time.com/2013/09/18/google-extend-human-life/
VIX. Other Challenges

구글 지주사 알파벳의 생활 과학 사업부
'버릴리‘ - 인간의 건강 위해 소프트웨어
및 하드웨어 연구, 암, 당뇨병, 심장 질
환 등 연구 진행(‘15.12.07)
알파벳의 생활 과학 사업부의 이름이 '
진짜'라는 의미의 '버릴리(Verily)'로 정
해졌음. 알파벳은 버릴리 홈페이지
(verily.com)를 열고 공식적으로 사업을
소개했음.
https://verily.com/
Youtube via Alphabet - Introducing Verily(07 Dec 2015)
https://www.youtube.com/watch?v=Lyv0_GIGSbY
An introduction to Verily, an independent Alphabet company focused on using technology to
better understand health, as well as prevent, detect, and manage disease.
Google Alphabet – Verily(‘15)

(02463)
맞춤식 의약/치료
2025 1시간 50 달러
2020 하루 100 달러
2014 2주 1000 달
러
2011 6주 10만 달
러
James
Watson
2007 2개월 200만 달
러
게놈프로
젝트(5명)
1990-
2003
13년 인 당 6
억 달러
인 당 게놈 분석 비용(2017)
혈액에서 세포분리
화학물질 첨가해 DNA 복제 직전으로 고정
각각 다른 색의
형광물질로
염색된 4가지
염기를 넣고
DNA 합성,
세포분열 개시
한쪽에만 염색된 염기가
붙은 이중나선 형성,
이중나선을 분리
이중나선 한 가닥만
통과할 수 있는 나노 채널로
염색된 한쪽 가닥을 흘려 보낸다.
나노채널
대용량 컴퓨터에서
종합처리
CD에 저장
4가지 형광물질
센서가 특정 색을
내며 지나가는
염기를 감지
01760 & 01830
Bio 2030(03:10)
www.illumina.com – Not including NovaSeq Series 6000
(10 Jan 2017)

Microsoft : Health Future Vision(2009)
http://www.radrounds.com/video/microsoft-future-vision, http://www.microsoft.com/showcase/en/us/details/b112da1c-c918-41ee-bb45-d6a553496168,
mms://msnvidweb.wmod.msecnd.net/a10026/e1/ft/share1/a3d8/0/health07_hi-res-1.wmv, ttp://www.officelabs.com/projects/healthfuturevision/Pages/default.aspx,
http://www.microsoft.com/downloads/en/confirmation.aspx?familyId=a298737e-044d-4363-8887-805d49b7be5c&displayLang=en.
http://www.microsoft.com/downloads/details.aspx?FamilyID=a298737e-044d-4363-8887-805d49b7be5c&displaylang=en,
http://blogs.windowsclient.net/tamirk/archive/2008/06/07/microsoft-future-healthcare-vision-boom-biga-boom-ux-troubles.aspx
[데모] MS_health07_hires
(04:07)
원격의료기술

인간중심의 건강/생명을 중시하는 생체인터넷 진화 방향
착용형(WCs)
• 시계, 글라스, 컨택
렌즈, 신발, 목걸이,
반지, 혁대 등
• BCI(I)
• 초소형, 경량화,
저전력, 휘는 배터리,
무선충전
패션 디자인
송
• Cloud/BD
의류일체형
• 직물에 일체화된 시
스템
• 유연하고 빨 수 있는
회로보드
• 아라미드, 바이오
친환경 섬유, 스마트
섬유, 나노 섬유
패션 디자인
• 유연한 배터리,
무선 충전
송
• 원격의료
• Cloud/BD
신체부착형
현장진단형
• BCI(II)
• 스킨 패치/파스
• 현장진단(POC)
• 소변, 땀, 눈물, 호흡
• 유연한 고분자 회로
• 피부와 일체화
• 유연한 배터리/무선
충전
송
• Cloud/BD
생체이식형
먹는 컴퓨터형
• BMI
• 마이크로 단위
• 생체친화 호환형
• 생체와 일체화
• 바이오닉(Bionic)
• 나노약물전달
• 나노바이오로봇
• 나노생체이미징
• 나노-항생제/항암제
• 생체공학 디자인
• 무선 충전
송
• Cloud/BD
<그림> 인간중심의 건강/생명을 중시하는 생체인터넷 진화 방향. Image Credit : 차원용, “사물인터넷(IoT)에 앞서 건강과 생명의 생체인터넷(IoB)이 더 중요” DigiEco,
13 Jun 2014)
생체에너지(움직임/운동, 체온, 전도성, 70%의 물의 이온 활용 등)
X
X. Conclusion

감사합니다
Q&A

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