3D 프린터의 진화…압력까지 측정하는 3D 프린팅 스마트 깔창 [고든 정의 TECH+]

사람의 외모가 제각기 다르듯 발의 크기와 형태 역시 사람마다 다릅니다. 따라서 우리는 발에 잘 맞는 신발을 고르기 위해 신발을 직접 신어보고 결정하는 경우가 많습니다.

하지만 운동선수처럼 극한의 상황에서 최대한 힘을 끌어내야 하거나 당뇨 환자처럼 발을 잘 보호해야 하는 환자의 경우 단순히 잘 맞는 제품을 고르는 것 이상의 노력이 필요합니다. 때에 따라서는 내게 맞는 신발을 고르는 대신 신발이 나에 맞게 수작업으로 제작해야 합니다. 최근에는 3D 프린터 기술이 특수 목적의 맞춤형 신발이나 신발 깔창을 만들 수 있는 신기술로 주목받고 있습니다.

스위스 연방 공과대학과 로잔 연방공대의 과학자들은 여기서 한 걸음 더 나아가 3D 프린터로 출력한 맞춤형 깔창 내부에 압력 센서를 삽입할 수 있는 기술을 개발했습니다. 3D 프린터로 만든 맞춤형 깔창이나 웨어러블 기기로 압력을 감지하는 스마트 깔창에 이어 3D 프린팅 스마트 깔창을 개발한 것입니다. 물론 이를 위해서는 센서와 전자 회로를 3D 프린터로 출력할 수 있어야 합니다. 연구팀이 개발한 3D 프린터는 우선 발의 모양에 맞춰 실리콘과 셀룰로스 나노입자를 섞은 기반층을 3D 프린터로 출력합니다. 그리고 은(silver) 성분이 들어 있는 전도성 잉크로 그 위에 회로를 출력합니다. 압력 센서는 압력을 전기로 바꿔주는 압전 소재 잉크를 이용하는데, 발의 해부학적 구조상 압력을 많이 받는 부위에 센서를 배치합니다. 마지막으로 회로와 센서를 보호하는 실리콘 보호층을 덮어 스마트 깔창을 완성합니다.

이렇게 사람의 발의 모양에 맞게 출력한 3D 프린팅 스마트 깔창은 운동할 때 어디에 압력이 많이 가는지 실시간으로 확인해 선수에 맞는 훈련 방법과 부상을 줄일 방법을 정하는 데 도움을 줄 수 있습니다. 더 주목되는 응용은 당뇨 환자 같은 만성 질환자나 재활 치료입니다.

당뇨발은 발을 절단하는 중요한 원인으로 당뇨 유병률 증가와 함께 심각한 문제가 되고 있습니다. 환자의 발 모양에 맞춘 3D 프린팅 스마트 깔창은 발바닥 특정 부위에 지나치게 많은 압력이 가서 괴사나 손상이 의심되는 경우 환자나 의료진에게 알려줄 수 있습니다. 궤양이 생기기 전에 예방할 수 있는 효과적인 방법이 있다면 당뇨 합병증 관리에 획기적인 발전이 있을 것으로 기대됩니다.

전자 회로와 센서를 통합한 3D 프린터 기술은 아직 걸음마 단계지만, 앞으로 여러 분야에서 큰 잠재력이 있습니다. 당장에는 임상이나 혹은 산업 현장에 바로 적용할 수준이 아닐지 몰라도 발전 속도가 빠른 만큼 미래에는 충분히 기회가 있을 것으로 생각합니다.

고든 정 과학 칼럼니스트 jjy0501@naver.com