다양한 기능을 하는 입는 컴퓨터(Wearable computer)가 사실로 등장하고 있는데, 빛을 발하는 LED가 내장된 전자 옷, 땀이나 혈액에 존재하는 다양한 단백질을 감지하는 바이오센싱 옷, 알러지를 감지하는 옷, 감정에 따라 색이 바뀌는 감정 옷, 온도에 따라 온도가 자동으로 변하는 옷이 정말 등장하고 있다. 바로 University of Michigan 팀이 2008년 11월에 발표한 꿈의 탄소 나노튜브 전자 옷이다.
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[목차]

1. 발견의 개요
2. LED 옷, 바이오센싱 옷, 어떻게 만들고 작동하나
3. 기대와 활용, 만능 기능의 바이오센싱 옷
4. 기타 다기능의 입는 전자 옷에 도전하는 사례들
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1. 발견의 개요

지능적인 옷은 알레르기를 일으키는 알레르겐(allergens) 등의 물질 신호를 사전에 감지하여 알려주고, 온도가 올라가면 온도를 낮추어 시원하게 해 줄 수 있다. 그러나 다양한 센서들을 내장한 옷을 만드는데에는 커다란 도전이 기다리고 있다. 우선 대부분의 전자 옷들(electronic textiles)은 부피가 커서(Bulky) 보기가 민망스럽고 입기가 불편하며, 기대 만큼의 복잡한 기능들을 수행하지 못한다. 이에 도전하는 과학자들이 있다.

바로 University of Michigan 팀과 중국 Jiangnan University의 연구원들로 이들은 전통적인 목화 면사(Cotton thread)를 고전도체의 폴리머(highly conductive polymer)로 만든 폴리전해질(Polyelectrolytes)과 탄소 나노튜브(Carbon natotubes)의 조합물에 융합해 소위 말하는 바이오센싱 옷(Biosensing clothes)을 만든 것이다. 이 면사들은 따라서 매우 가볍고 입을 수 있어, 고감도 센서, 고 전도체(highly conductors), 그리고 신호들의 고 변환기(highly transducers)로 사용할 수 있어, 피나 땀, 혈액의 단백질, 기타 온도, 나아가서는 감정까지 감지할 수 있다.

"우리는 현재 나와 있는 복잡한 전자 옷들을 대체하는 새로운 전자 옷을 개발하기로 했습니다"라고 University of Michigan 화학공학과의 교수인 Nicholas Kotov는 말한다. 기존에 나와있는 금속성의 면사들과 융합된 많은 전자 옷들은 부식하기 쉽고(prone to corrosion), 광섬유로 만든 전자 옷들은 너무 커서 불편하다. 또한 다른 그룹들은 탄소 나노튜브와 융합해 전류도 흐르고 데이터도 흐르는 전자 옷에 도전하고 있지만 성공한 사례는 거의 없다.

Kotov가 만든 전자 옷(Electronic fabrics)은 그 전에 나와 있던 나노튜브 옷들보다 훨씬 많은 전류를 흐르게 하는데, 이들의 연구 결과는 2008년 11월 6일자 Nano Letters 지 온라인판(ASAP)에 "Smart Electronic Yarns and Wearable Fabrics for Human Biomonitoring made by Carbon Nanotube Coating with Polyelectrolytes(폴리전해질로 코팅된 탄소나노뷰트로 만든 인간의 바이오모니터링을 위한 스마트 전자 직조와 입는 옷)"(Shim & Kotove et al., 2008)1)라는 논문으로 발표되었다.

1) Shim, Bong Sup, Wei Chen, Chris Doty, Chuanlai Xu and Nicholas A. Kotov, "Smart Electronic Yarns and Wearable Fabrics for Human Biomonitoring made by Carbon Nanotube Coating with Polyelectrolytes(폴리전해질로 코팅된 탄소나노뷰트로 만든 인간의 바이오모니터링을 위한 스마트 전자 직조와 입는 옷)", Nano Letters, Article ASAP, DOI: 10.1021/nl801495p, Publication Date (Web): November 7, 2008.

2. LED 옷, 바이오센싱 옷, 어떻게 만들고 작동하나

Kotov는 이 전도성의 나노튜브 옷에 발광다이오드(LED, light-emitting diode)를 융합시켰다. 우선 두 개의 목화 면사가 코팅된 전도성 나노튜브 사이에 회로(서킷)를 만들고 그 안에 LED를 넣어 전류가 흐르면 빛을 발하게 했다. "이는 정말 옷에 대단한 전류가 흐르는 것으로 이는 깜짝 놀랄(breathtaking) 만한 연구입니다"라고 Cornell University의 Textiles Nanotechnology Laboratory의 교수인 Juan Hinestrosa는 말한다.

[그림 : 나노튜브 전자 옷(Nanotube textiles). 전도성의 폴리머 전해질과 탄소 나노튜브의 조합물질에 융합된 목화 면사가 전류를 받아 발광다이오드를 붉게 밝히고 있다. Credit: Bong Sup Shim]

두 번째 데모는 바로 나노튜브 옷으로 바이오센서를 만든 것이다. 탄노 나노튜브들은 화학 센서(Chemical sensor)나 임상 진단(clinical diagnostics)에 많이 이용된다는 점을 활용한 것인데, 항체(Antibodies) 같은 분자들을 탄소 나노튜브에 코딩하면, 이에 상보적(Complementary)으로 상호작용하는 표적 분자들(target molecule)은 이 항체가 코딩된 탄소 나노튜브에 달라 붙게 된다. 그러면 이는 타노 나노튜브의 전도성을 변하게 하여 금방 감지해낼 수 있다.

이를 위해 Kotov는 탄소 나노튜브에 인간의 혈액에 있는 앨부민(albumin)을 잡아 내는 항체를 코딩했다. 그랬더니 바이오센싱 옷은 실제로 앨부민을 잡아 낸 것이다. 이는 바로 이 바이오센싱 옷을 입은 사람이 피를 흘리고 있다는 것을 의미하므로, 이를 병사들에게 적용하면 병사가 총을 맞았는지 아닌지를 알아 낼 수 있다. 반면 이 전자 옷에 소의 단백질인 앨부민(bovine albumin)을 노출시키자 아무런 반응이 없었다. 이는 바로 표적분자만 잡아내는 센서 역할을 잘 하고 있다는 것을 의미하는 것이다.

3. 기대와 활용, 만능 기능의 바이오센싱 옷

이의 기대와 활용은 무궁 무진하다. 특히 입을 수 있는 다양한 물질을 만들 수 있다. 예를 들어 이 옷의 특징에 다양한 기능들을 추가할 수 있다. 앨부민 센싱 옷을 입은 병사들은 피를 흘릴 때 이를 감지해 원격 의료팀에 이 정보를 보낼 수 있다. 전류 내의 변화는 바로 상처가 있다는 것을 의미하므로 이 사실을 무선 메시지로 보내면 된다. 다양한 항체가 코딩된 옷들은 알러지 등 다양한 항원을 감지해 휴대폰으로 의사에 전송할 수 있다.

이 뿐이랴!! 온도를 감지해 옷의 온도를 조절할 수 있고, 더우면 옷의 기공을 넓게 해 공기의 유입으로 온도를 낮출 수 있으며, 더 나아가 사람의 감정을 감지해 옷의 색깔도 원하는 대로, 생물학적으로 변하게 할 수 있다. 이처럼 이 바이오센싱 옷은 복잡하고 다양한 생리학적/생물학적 신호나 사인들을 모니터링 할 수 있다. 이에 대해 "이제 지능 옷의 목표에 가장 가까이 다가섰습니다"라고 Rice University의 기계공학과 교수인 Pulickel Ajayan은 말한다.

탄소 나노튜브를 옷에 융합하면 다양한 기능을 수행할 수 있고 기존의 보기 흉망한 커다란 요소기술들을 대체할 수 있다. "또한 이 전도성의 나노 섬유를 다양한 전도체, 센서, 신호 변환기로 사용할 수 있습니다"라고 Hinestrosa는 말한다.

특히 전류의 변화로 감지하는 전하 방법은 기존의 형광물질(fluorescence)을 이용하는 방법보다 더욱 간단한 방법이며, 단순히 바테리나 전구로도 읽어 낼 수 있는 단백질의 유무 방법과 비교해보면 커다란 차이는 없으나 실제로 이를 감지하고 있다는 기술에 많은 연구원들이 감탄을 하고 있다.

4. 기타 다기능의 입는 전자 옷에 도전하는 사례들

[미래의 퍼스널 컴퓨팅 & 커뮤니케이션-> 입는 컴퓨팅 & 커뮤니케이션(依, Wearable C&C), 나노 봇/먹는 캡슐내시경 등의 먹는 C&C(食, Eatable), 인공자기/인공눈 등의 인간 몸 속에서 같이 사는 C&C(住, Liable) 등의 솔루션으로 분화, 지금의 단품들의 융합(Convergence)은 2007년부터 손목시계폰이라는 게이트웨이를 중심으로 인간의 구조와 기능으로 분화(Divergence)가 일어나, 빛/음악 나오는 미래형 첨단 옷 등장, 시장 규모는 2008년에 2억 달러에서 2010년에는 7억 달러, 2014년에는 70억 달러로 급격한 성장세가 예상, 정부는 ５년간 150억원을 투입해 다른 나라보다 먼저 기술과 시장을 선점하겠다는 전략이라고 MBC가 2006년 8월 16일 보도, 문제는 이들 의식주(衣食住) C&C 디바이스들을 어떻게 연결하고 고가의 제품을 만들 것인가인데 바로 인체매질통신과 인조 다이아몬드 반도체를 개발해야(29/Aug/2006), 02200-DIG]

[입는 컴퓨터(Wearable Computers) 어디까지 왔나? 사이보그(cyborg)처럼 두껍고 꺼칠한 것이 아니라 정상적인 옷이나 가방, 지갑과 같지만 매우 똑똑한 스마트한 차세대 입는 컴퓨터가 2-3년 내에 등장, 비즈니스위크지의 이에 도전하는 기업들 소개(The latest generation of these ever-smarter garments look like ordinary clothes, not something only a cyborg would don(11/Mar/2005), 02077-DIG]

[입고 다니는 컴퓨터 옷(Wearable Computer) - 조깅이나 운동 시에 이맬 체크, 위치정보 제공, 음악, 날씨정보 제공뿐 아니라 비디오 동영상까지 여러분 오른쪽 안경에서 디스플레이되는 이동성의 체육관(Gym) 디바이스 등장, 여기에 속도, 운동량, 건강체크 등을 디스플레이 서비스, 단 모든 기술이 통합된 하나의 컨버전스된 디바이스가 아니라 빌딩블록(Building block)된 나를 따라 다니는 포터블 체육관 등장(Wearable computer based Portable Gym for Jogging with digital music, email, video on displaying on the right lens of sunglasses which linked to a Spot-watch as a Gateway : A Gym for Geeks on the Go(16/Feb/2004), 01950-DIG]

[미국 MIT 공대 미디어랩연구소의 박사과정 Richard DeVaul, 일상생활의 기억을 도와주는 메모리 안경(Memory glasses) 개발, 여러분 눈 앞의 왼쪽 안경 렌즈에 이미지와 메시지들이 디스플레이되어 여러분의 기억을 되살리는데 도움을 줘(11/Nov/2003)]

[Hewlett-Packard의 영국 Bristol 디지털 미디어 연구소 - 디지털 안경 선글라스 개발, 안경이 차세대 시각적 영상기록장치로 전환, 모든 일상생활의 라이프 로그를 기록, 눈으로 보는 모든 환경을 그대로 기록, 안경 디스플레이에의 도전(18/Sep/2003)]

[Wired 매거진의 2013년에 도래할 6가지 미래기술-미래의 기계(Future Fetish)(17/Apr/2003) - 중 안경 LEPD 디스플레이의 도래, 01815-TRM]

[새로운 디스플레이에의 도전 - E-Textiles(E-직물)이 스타일 세계로 등장 - 스마트한 디지털 옷 - 입고다니는 컴퓨터 옷(Wearable Computer)이 등장(24/Mar/2003), 01825-DIG]

[Bill Gates의 디지털 시대의 "스마트 삶(Smart Living)"을 위한 스폿(SPOT, Smart Personal Objects Technology) 기술 소개 - Las Vegas의 CES 전자쇼에서 선보여, 2003년 가을 이를 탑재한 스마트 손목시계(Wristwatch) 등장; Media2Go - 스마트디스플레이 - 제스처로 PC조정(12/Jan/2003), 01768-DIG]

[파우어 드레싱->전기 옷, 입고 다니는 컴퓨터 옷(Wearable Computer)의 등장(11/Apr/2001), 01230-DIG]

[소스]

[Technology Review-Carbon-Nanotube Thread(19/Nov/2008)]