미국 캘리포니아 대학이 웨어러블 기술을 적용한 고·저온 패치를 개발했다.

웨어러블 기술은 정보통신(IT) 기기를 사용자 손목, 팔, 머리 등 몸에 지니고 다닐 수 있는 기기로 만드는 기술을 말한다.

기후 변화가 가속화 되고 있는 현 시대에 체온 조절이 가능한 패치는 유용하게 쓰일 전망이다.

온도 유지 기술

최근 미국 캘리포니아 대학의 공학자들은 체온을 조절하는 데 도움이 될 웨어러블 기술을 개발했다.

이 기술로 만든 패치는 부드러우면서 신축성이 있고, 주위의 온도가 변할 때에도 사람의 피부를 쾌적한 온도로 식히거나 따뜻하게 한다.

신축성이 뛰어나고 유연한 배터리 팩이 패치에 전원을 공급하며 온도 변화에 대응하는 쾌적함을 부여할 수 있도록 의류 내부에 부착될 수 있다.

이러한 개인 맞춤형 냉각 시스템을 사용하면 직장, 학교, 야외에서 여유롭게 산책하는 등 어떤 상황이나 이동 중에도 사용할 수 있다.

연구진은 이를 착용하면 일반적으로 난방 및 냉방에 들어가는 에너지를 줄일 수 있다고 믿는다. 바깥 대기 온도보다 약 12도 낮은 온도를 유지해야 하는 여름철의 경우 냉각 비용을 약 70% 절약할 수 있다.

현재 해당 장치는 아직 실험 및 개념 증명 단계에 있는 것으로 밝혀졌다.

세부 내용

패치의 재질은 열전합금으로 구성되며, 전기를 이용해 가열이나 냉각을 한다. 이 합금은 열전도성이 뛰어난 것으로 알려진 엘라스토머 판 사이에 끼워져 있다.

이 패치는 등, 발, 팔이나 목과 같이 많은 온도 조절이 필요한 영역에 부착하여 해당 부위의 쾌적함을 유지할 수 있다.

인공지능 연구소 이노베이션 토론토에 따르면 이 장치에 사용되는 배터리 팩은 동전 형태의 배터리 여러개로 구성돼 있으며 각각의 배터리들은 용수철 모양의 구리선과 신축성 있는 회로판에 연결돼 있다.

설명을 들으면 상당히 불편한 것 같지만, 연구진 측은 이 장치가 견딜만한 정도를 넘어 착용하기에 충분히 편안할 것이라고 확신한다.

한 시트에서 다른 시트로 열을 이동시키기 위해 전류가 패치를 통해 전송되며, 한쪽 패치가 가열될 때 다른 쪽은 냉각된다.

따라서 냉각은 피부를 향한 쪽에서 바깥을 향한 쪽으로 열을 흐르게 함으로써 이뤄지며, 가열은 반대 방향으로 실시된다.

시장에는 여러 종류의 보온 및 냉각 제품이 있다. 그러나 간편하고 편안하게 소지하기가 어렵게 만드는 여러 가지 단점이 있다.

공학자들이 패치를 부드럽고 뒤틀릴 수 있도록 설계했기 때문에, 착용자의 편안함이나 패치 내부의 전자 장치들이 손상될 일은 없다. 연구진은 향후 사람들이 널리 사용하게 될 스마트 의류에 이 패치를 여러 개 부착할 수 있기를 희망하고 있다.

절약 및 실험

비용 절약 측면에서 에어컨 등을 통해 방 전체를 냉각하는 것보다는 개개인에게 냉방을 제공하는 것이 훨씬 더 효율적이다.

패치 한 개는 5x5 센티미터의 공간을 차지하고 0.2 와트의 전력을 소비한다.

연구진에 따르면 조끼 하나를 만드는 데 144개 정도의 패치가 필요하며, 즉 더운 날씨에는 개인에게 냉방을 제공하는 데 26와트가 사용된다.

그러나 냉방 시스템은 한 방을 냉각시키기 위해 최대 몇 킬로와트까지도 사용할 수 있다. 1인 당 수백 와트를 할당하는 대신, 각 사람은 작은 양의 전력만 사용하여 스스로에게 알맞은 온도를 유지할 수 있을 것이다.

이 기술의 상업적 가능성은 이미 탐구되고 있으며, 근본적인 문제들도 제기된 상황이지만 하드웨어, 전자 장치 및 제어 메커니즘과 같은 더 큰 공학적 문제들이 우선 집중될 것이다.

연구진은 제작한 패치의 초기 시제품을 남성 피험자가 착용한 토시에 넣어 실험을 진행하였다. 그들은 통제된 환경에 피험자를 배치했으며, 이 곳에서 부착된 패치는 피험자가 설정한 온도인 화씨 89.6도를 지속적으로 유지했다.

온도가 화씨 71.6도에서 화씨 96.8도 사이로 조정 된 후에도, 패치는 여전히 동일한 설정 온도를 유지했다.

이 기술은 초기 단계에 머물러 있고 상업적 성공으로 널리 알려지기까지는 시간이 걸릴 수 있지만, 해당 기술에 적용될 수 있는 다양한 개념과 가능성들이 존재한다.

이 기술은 환자 본인들이 유지하고 싶은 온도를 조절하는 것을 돕기 위해 병원에서 잠재적으로 사용될 수도 있을 것이다.

더 많은 테스트와 세부 조정을 통해 연구진은 온도에 민감한 스마트 의류를 상업적 세계에 현실화할 수 있을 것이다.