국내 연구진이 환자가 걷거나 몸을 뒤척여도 체내 삽입형 의료기기에 필요한 전력을 안정적으로 공급할 수 있는 무선충전 기술을 개발했다.
변영재 유니스트 전기전자공학과 교수 연구진은 환자의 움직임과 의료기기의 작동 상태에 따라 전력 공급량을 조절하는 무선충전 기술을 개발했다고 29일 밝혔다. 연구 결과는 회로·시스템 분야 국제 학술지 '전기전자공학자협회(IEEE) 트랜잭션스 온 서킷츠 앤드 시스템스 원: 레귤러 페이퍼스(Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers)'에 지난 6월 게재됐다.
체내 의료기기는 치료나 통신 기능을 수행할 때와 대기할 때 필요한 전력이 다르다. 그러나 기존 무선충전 방식은 몸의 움직임으로 송신 코일과 수신 코일의 거리나 정렬 상태가 달라지면 기기의 전력 수요를 정확히 파악하기 어려웠다. 전력을 과도하게 보내면 손실과 발열이 발생하고, 공급이 부족하면 기기 작동이 불안정해질 수 있다.
연구진은 신호의 크기 자체보다 수신부 상태가 바뀌는 순간 나타나는 변화와 확인 신호에 대한 반응을 분석하는 '적응형 모드 전환 기술'을 적용했다. 이를 통해 의료기기가 작동할 때는 충분한 전력을 공급하고, 대기 상태에서는 저전력 모드로 전환하도록 했다.
체내 수신부에는 출력 전압을 빠르게 조절하는 '전압 경주형 히스테리시스 제어기'도 탑재했다. 전압 정보를 회로를 통과하는 신호의 시간 차이로 변환해 읽는 방식으로, 공급 전압이 기준 범위를 벗어났는지를 빠르게 판단한다.
실험에서는 송·수신 코일 사이의 거리를 7㎜에서 20㎜까지 변경해도 안정적인 성능을 보였다. 의료기기의 사용 전류가 6㎃(밀리암페어)에서 16㎃로 급격히 늘어났을 때도 출력 전압은 3.3V(볼트)를 유지했으며, 전압 변동 폭은 18㎷(밀리볼트)로 측정됐다.
체외 송신부에서 체내 수신부까지의 전체 전력 전달 효율은 최고 69.1%를 기록했다. 적응형 모드 전환 기술을 적용하지 않은 경우와 비교하면 효율이 최대 51.3%p 높아졌다.
변영재 교수는 "환자의 움직임에 따라 코일 위치가 달라져도 의료기기에 필요한 전력을 안정적으로 공급할 수 있다"며 "배터리 교체를 위한 수술 부담을 줄이고 체내 의료기기의 사용 기간을 늘리는 데 활용될 수 있을 것"이라고 말했다.
참고 자료
IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers(2026), DOI: https://doi.org/10.1109/TCSI.2026.3703408