배터리 없는 스마트 안경 Battery-free smart glasses monitor your health using blink energy

Battery-free smart glasses monitor your health using blink energy

https://newatlas.com/wearables/smart-glasses-energy-blinks-health-monitor

배터리 없이 작동하는 스마트 안경은

눈 깜빡임 에너지를 사용하여 건강을 모니터링합니다

눈 깜빡일 때마다 충전

우리는 눈을 분당 약 14~20회 깜빡이는데, 이 모든 움직임은 낭비되는 에너지입니다. 노스웨스턴 대학교의 엔지니어들은 이러한 움직임 에너지를 활용하여 배터리 없이 작동하는 건강 감지 안경을 개발했습니다.

지구 인구의 거의 절반이 안경을 착용합니다. 따라서 40억 명이 넘는 사람들이 이미 건강 데이터를 수집하는 데 사용하는 기술을 활용하는 것은 일석이조의 효과를 거둘 수 있는 좋은 방법입니다. 게다가 배터리를 충전하거나 교체할 필요가 없다는 점을 고려하면, 거의 완벽한 웨어러블 기기가 될 수 있습니다.

"사람의 얼굴은 건강 데이터의 보고이기 때문에 일상적으로 착용하는 안경이 완벽한 웨어러블 기기가 될 수 있습니다."라고 이번 연구를 이끈 노스웨스턴 대학교의 니베디타 아로라 교수는 말했습니다. "일반적으로 웨어러블 기기는 손목을 통해 심박수와 같은 건강 데이터를 추적합니다. 하지만 사람들은 이러한 추적기를 착용하고 충전하기 위해 벗어야 한다는 것을 기억해야 합니다. 저희 아이디어는 인구의 절반이 이미 안경을 착용한다는 사실에 기반합니다. 사람들에게 습관이나 행동을 바꾸도록 요구하지 않고도 안경을 웨어러블 기기로 만들 수 있습니다."

눈을 깜빡일 때마다, 턱을 꽉 다물 때마다 고유한 전기적 흔적이 남습니다.노스웨스턴 대학교

이 시제품은 글래스텐그(GlassTENG)라고 불리며, 눈 깜빡임의 운동 에너지뿐만 아니라 미소, 턱 악물기, 눈썹 올리기 등의 동작에서 발생하는 에너지까지 활용합니다. 센서가 이러한 움직임과 맥박을 읽어 이갈이, 피로, 심혈관 건강 등의 상태를 추적합니다.

이를 위해 연구진은 마찰전기 나노발전기(TENG)라는 센서를 사용했는데, 이 센서는 정전기를 이용하는 얇은 장치로, 풍선이 머리카락에 달라붙는 것과 같은 원리입니다. 두 가지 다른 물질, 즉 센서와 착용자의 얼굴이 접촉했다가 떨어지면 전자를 교환하여 순간적인 전기적 전하를 생성할 수 있습니다. GlassTENG의 유연한 센서는 얼굴이 움직일 때 서로 눌리고 당겨지는 여러 겹의 층으로 구성되어 있습니다. 아로라 연구원은 바로 이러한 움직임이 센서의 감지에 필요한 기계적 에너지를 공급한다고 설명했습니다.

연구팀은 프레임에 센서 세 개를 장착했습니다. 하나는 콧등, 측두동맥 옆에 위치하여 맥박, 눈 깜빡임, 눈썹 움직임을 감지합니다. 두 번째 센서는 관자놀이, 표층측두동맥 위에 위치하여 맥박과 턱 움직임을 추적합니다. 세 번째 센서는 귀 가까이에 위치하여 씹는 동작과 이를 악무는 동작을 감지합니다.

각각의 동작은 고유한 전기적 흔적을 남깁니다. 테스트된 가장 미약한 신호인 맥박은 50~100밀리볼트를 생성했습니다. 눈 깜빡임과 눈썹 올리기는 200~500밀리볼트를 생성했고, 강한 턱 움직임은 최대 1.5볼트에 달했습니다.

실험 결과를 검증하기 위해, 예시를 통해 패턴을 인식하도록 훈련된 기계 학습 알고리즘을 사용하여 20명의 자원 참가자로부터 얻은 신호를 분석했습니다. 연구진은 각 참가자의 행동을 식별하는 데 있어 전반적인 정확도가 93.8%에 달했다고 보고했습니다. 특히, 이를 부딪히는 소리는 99%, 턱을 꽉 다무는 소리는 96%의 정확도로 인식되었습니다. 맥박은 앉아서 휴식을 취하는 10명의 참가자를 대상으로 별도로 측정했습니다. 기준이 되는 흉부 맥박 측정기와 비교했을 때, 안경으로 측정한 맥박은 평균 1.82회/분의 오차를 보였습니다.

이 시스템은 아직 완벽하지 않습니다. 예를 들어, 저녁 식사 중에 대화를 나누는 경우, 시스템은 사용자가 입으로 음식을 먹고 있다고 오인할 수 있습니다. 말하는 것을 정확하게 인식한 경우는 55%에 불과했고, 37%는 먹는 것으로 잘못 인식했습니다. 연구진은 이러한 현상이 말하는 것과 먹는 것 모두 턱을 움직이고 측두근(머리 옆쪽 근육)을 사용하는 방식이 유사하기 때문이라고 분석했습니다.

현재 GlassTENG은 블루투스를 통해 스마트폰이나 태블릿으로 데이터를 전송하지만, 개발팀은 이러한 연결을 끊고 싶어합니다. 아로라 연구원은 "장기적으로는 기기 자체에서 연산을 수행하고 싶습니다."라고 말했습니다. "생리적 이벤트를 감지하면 배터리 없이도 즉각적인 피드백을 제공할 수 있는 기기 내 인텔리전스를 구현할 수 있을 것입니다. 예를 들어, 턱을 꽉 깨무는 것을 감지하면 사용자에게 즉시 턱을 이완하라고 알려줄 수 있습니다. 우리가 매일 착용하는 안경이 우리의 건강을 모니터링할 수 있게 되는 것은 시간 문제라고 생각합니다."

이 연구는 이번 주 상하이에서 열리는 UbiComp/ISWC 2026 심포지엄에서 발표될 예정입니다.

https://youtu.be/2l3vh1Ka-kE