변영재 울산과학기술원(UNIST) 전기전자공학과 교수팀이 체내 삽입 의료기기를 보다 안정적이고 효율적으로 무선 충전하는 '적응형 모드 전환 기술'을 개발했다.
이 기술은 환자가 움직여도 내부 전력 수신부 상태를 정확히 파악해 외부 송신 출력을 조절한다. 필요한 만큼만 전력을 주고 받아 전력 손실을 줄이고 발열 가능성은 낮춘다.
체내 삽입 의료기기는 치료를 위해 통신할 때와 대기할 때 전력 소모가 다르다. 또 무선 충전 시에는 송신 코일과 수신 코일 사이의 거리와 정렬 상태가 중요한데 환자가 몸을 움직이면 측정 신호에 차이가 발생한다. 전력이 필요 없는데 계속 보내거나 반대로 전력이 필요한데 저전력 모드에 머물면 의료기기가 제대로 작동하지 않거나 멈출 수 있다.
변 교수팀은 신호의 절대적 크기 대신에 수신부의 상태가 바뀌는 순간에 나타나는 신호 변화를 이용해 이 문제를 해결했다. 수신부 상태가 바뀔 때마다 신호 반응이 나오도록 설계하고, 이 반응을 분석해 전력 공급과 저전력 모드를 정확히 오갈 수 있도록 했다.
몸속 수신부에 공급 전압을 빠르게 제어하는 '전압 경주형 히스테리시스 제어기(VRHC)'도 적용했다. 의료기기는 전압이 흔들리면 제대로 작동하지 않거나 멈출 수 있다. VRHC는 전압 정보를 같은 시점에 출발한 신호들이 회로를 지나는 시간 차이로 읽어내기 때문에 전압이 기준을 벗어났는지를 보다 빠르게 판단할 수 있다.
송·수신 코일 사이 거리를 7㎜에서 20㎜까지 바꿔가며 진행한 기술 실험에서 안정적 송수신 상태를 유지했다. 기기 사용 때는 전류가 6㎃에서 16㎃로 급증하는 상황에서 출력 전압은 3.3V를 벗어나지 않았다. 전압 출렁임(리플)도 18㎷ 수준에 그쳤다.
체외 송신부에서 체내 수신부까지 전력을 전달하는 종단 간 효율은 최고 69.1%를 기록해 기존 대비 최대 51.3%포인트 높았다.
변영재 교수는 “환자가 움직여 코일 위치가 달라져도 필요한 전력을 필요한 만큼 안정적으로 전달한다”며 “체내 의료기기의 배터리 교체 수술 부담을 줄이고 장기 사용에 치료 편의성까지 크게 끌어올릴 것”이라고 설명했다.
울산=임동식 기자 dslim@etnews.com
