이번 포스팅에서는 미래 공상과학 영화에 종종 등장하는 눈에 착용하는 스마트 렌즈의 개발 현황에 대한 IEEE Spectrum 글이 있어 이를 소개합니다.
미래 장치 스마트 렌즈
스마트 콘택트렌즈의 잠재적인 활용 가능성은 매우 매력적이고 다양합니다. 눈에 렌즈를 삽입하여 포도당 수치와 같은 건강 지표를 모니터링하거나, 안구 질환에 대한 정확한 약물 투여를 받거나, 증강 현실을 경험하고 정보를 얼굴 앞에 있는 디스플레이를 통해 업데이트할 수 있습니다.
그러나 눈은 전자 제품 설계에 있어서 상당한 도전을 제공합니다. 인간 조직 중에서 신경 밀도가 가장 높은 각막은 피부보다 300배에서 600배나 민감합니다. 연구진들은 작고 유연한 칩을 개발했지만, 적절한 전원 공급원을 찾는 것이 더 어려웠습니다. 대형 배터리와 전선과 같은 기존의 솔루션은 여기에 적합하지 않습니다. 현재 사용되는 방법은 밤새도록 인덕션 충전 및 외부 배터리 의존과 같이 최적의 해결책을 제공하지 않습니다.
지금, 유타 대학의 팀은 눈을 위한 기술에 특별히 개발된 올인원 하이브리드 에너지 생성 장치를 제시합니다. 이 연구는 3월 13일에 Small 저널에 발표되었으며, 연구자들은 유연한 실리콘 태양전지와 눈물을 에너지로 변환하는 새로운 장치를 결합하여 이 장치를 구축하는 방법을 설명하고 있습니다. 이 시스템은 스마트 콘택트렌즈 및 기타 안구 장치에 충분한 전기를 안정적으로 공급합니다.
이 혁신은 현재의 무선 전력 전송 방법보다 상당한 발전을 의미합니다. 이 프로젝트에 기여한 전 유타 대학의 박사 과정 학생인 에르판 포우르샤반은 이러한 연구의 한계를 강조합니다. 그는 현재 연구가 렌즈와 기기 사이의 거리를 최소화해야 하는 무선 전력 전송에 의존한다고 말합니다. 이러한 접근 방식은 렌즈와 기기 사이의 최소 거리를 요구하여 실용적이지 않습니다. 그는 만약 렌즈를 착용할 수 없다면 스마트 콘택트렌즈의 실제 기술이 얼마나 훌륭하더라도 의미가 없다고 생각합니다. 그들은 독립적으로 서있을 수 있는 장치를 만들어야 한다고 말합니다.
스마트 렌즈에 쓰이는 배터리 – 광전현상 메탈에어
Pourshaban과 그의 동료들은 전력 팩을 만들기 위해 맞춤형 부품을 제작했습니다. 첫 번째로, 그들은 태양빛뿐만 아니라 램프와 같은 인공 광원으로부터도 빛을 포획할 수 있는 소형이고 유연한 실리콘 태양 전지를 제작했습니다. 팀은 여덟 개의 작은 (1.5 by 1.5 by 0.1 밀리미터) 강성 결정 셀을 연결하고 이를 폴리머로 봉합하여 유연한 태양전지 시스템을 만들었습니다.
또 다른 구성 요소는 눈 깜빡임으로 활성화되는 금속-공기 배터리와 유사하게 작동합니다. 이 시스템은 착용자의 자연스러운 눈물, 구체적으로는 그 안에 함유된 전해질들을 생체 연료로 활용하여 전력을 생성합니다.
마지막으로, 눈물의 전해질은 양극과 음극에서 발생하는 산화 반응을 통해 추가적인 에너지를 생성합니다. 이 에너지 생성은 눈꺼풀의 움직임과 눈물의 지속적인 갱신에 영향을 받지 않습니다. 이러한 두 가지 에너지 생성 기능은 하나의 전력 관리 회로를 통해 통합되며, 통합된 11 밀리패럿 슈퍼캐패시터를 사용하여 안정적인 3.3 볼트의 전압을 제공합니다. 이러한 시스템은 안테나, 외부 배터리 팩 또는 특수 충전 케이스 없이도 작동합니다.
웨이 가오는 칼텍의 의료 공학 부문 조교수이자 생체 센서 전문가입니다. 그는 이 연구에 직접 참여하지는 않았지만, 이 장치가 스마트 콘택트렌즈 분야에서의 흥미로운 발전임을 강조합니다. 그는 이 장치가 “지속 가능한 전원 공급원이 필요한” 이 분야의 “핵심 장벽”을 극복할 수 있는 혁신적인 해결책이라고 설명합니다. 이러한 전력 팩은 “사용자 친화적”이며 “이노베이티브한 이중 모드 접근 방식”을 채택하여, 눈이 열려 있든 닫혀 있든 상황에서 에너지를 지속적으로 공급할 수 있습니다.
가오 교수는 또한 이 장치로부터 안정적인 전력 출력이 웨어러블 생체 센서 및 전기 반응성 약물 전달 시스템과 같은 다양한 응용 분야에 긍정적인 영향을 미칠 것으로 기대한다고 말합니다.
녹내장
Pourshaban은 명확한 소비자 응용 분야로서 사용자가 운동 중에 심박수, 속도 및 칼로리 소모량을 표시하는 렌즈와 같은 제품을 언급하며, 소매업자가 쇼핑객이 선반을 스캔하고 상품을 선택하는 방식을 추적하여 유용한 통찰력을 얻을 수 있다고 설명합니다. 그는 상업화의 잠재력이 상당하고 다양하다고 강조합니다.
그러나 Pourshaban은 눈 건강을 모니터링하는 잠재적인 응용 분야 중에서도 아마도 노안과 같은 일상적인 상태부터 녹내장과 같은 더 위험한 질병에 대해 가장 흥분합니다. “녹내장은 시력의 조용한 도둑으로 알려져 있습니다. 아프지 않고, 눈에 눈치챌 것이 없을 수 있으며, 그리고 갑자기 당신이 안과 방문 사이에 눈압이 너무 커지면 시력을 영구적으로 잃을 수 있습니다,” Pourshaban은 설명합니다. “만약 우리가 이와 같은 상황의 경고 신호를 실시간으로 감지하고 빠르게 개입할 수 있다면, 이것은 한 사람의 삶을 바꿀 수 있습니다.”
마무리
이 글에서는 렌즈와 같은 혁신적인 기술이 눈 건강 관리에 미치는 긍정적인 영향에 대해 논의했습니다. 푸르샤반의 의견처럼, 이러한 기술은 사용자들에게 새로운 경험과 편의성을 제공할 뿐만 아니라 눈 건강을 모니터링하고 질병을 조기에 발견하는 데도 중요한 역할을 할 것으로 기대됩니다. 이 기술이 계속 발전하고 연구되면서, 더 많은 사람들이 안전하고 건강한 눈을 유지할 수 있게 될 것입니다.