서울대학교 공과대학(학장 이병호)은 기계공학부 고승환 교수팀이 기존 마스크가 유발하는 건강상 문제점을 해결하기 위해 통기성/효율을 자동 조절해 착용자의 호흡 부담감을 최소화하고, 호흡기를 보호하는 스마트 마스크를 개발했다고 28일 밝혔다.

기존의 일반 마스크는 제품 종류에 따라 통기성과 효율이 고정돼 있다. 즉 주변 상황 변화나 착용자의 요구와는 무관하게 항상 같은 수준으로 ‘자연스러운 호흡’을 방해한다. 필터의 기본 원리상 통기성과 효율은 서로 대립하는 상관관계를 갖고 있다. 이런 이유로 높은 여과 효율의 마스크는 상대적으로 ‘자연스러운 호흡’이 더욱 어렵다.

이에 따른 가장 큰 문제점은 마스크 착용으로 인한 호흡량 부족이다. 이는 노약자나 영유아에게는 또 다른 건강상의 문제를 일으킬 가능성이 크며, 건장한 성인이어도 마스크 착용으로 발생하는 제한된 산소 공급은 운동 또는 구조 활동 등의 신체적 활동에 심각한 제약 요소로 작용한다.

고승환 교수 연구팀은 신축성 나노 섬유 필터를 도입해 통기성 조절 에어필터를 독자적으로 개발했다. 또한 주변 환경(대기 질)과 착용자의 건강 상태(호흡 패턴)를 실시간으로 관측하고, 미래의 호흡 패턴을 예측 및 필터 통기성을 최적화하는 딥러닝 기반의 스마트 마스크를 구현했다.

사람의 호흡 패턴은 작용하는 요인이 다양하고 상황에 따라 그 변화가 예측하기 힘들어 일반적인 방식으로는 분석하기가 어렵다.

연구팀은 이를 해결하기 위해 딥러닝을 활용해 주변 변화에 미리 반응하는 개개인 맞춤형 스마트 마스크를 선보였다.

이번 연구는 단순히 효율을 높이는 기존의 필터 연구를 넘어 필요에 맞게 통기성 및 효율을 실시간으로 자동 조절할 수 있는 기술로 새로운 개념을 제시하고 있다.

고승환 교수팀은 머신러닝/인공지능과 스마트 웨어러블 디바이스 분야에 혁신적인 도약을 가져올 것으로 기대하고 있다.

출처 / 서울대학교 공과대학