KR20240052614A - 무선전력 기반의 생체 액츄에이터 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 무선전력 기반의 생체 액츄에이터 장치에 관한 것으로, 생체 이식 가능하도록 구현된 임플란트 기판(implantable substrate); 상기 임플란트 기판 상에 배치되고 생체 내에서 생체 액츄에이팅 신호에 따른 특정 동작을 수행하는 생체 동작부; 상기 임플란트 기판 상에 배치되고 외부로부터 상기 특정 동작의 지시 명령과 함께 무선전력을 수신하여 상기 무선전력을 배터리에 충전하며 상기 배터리에 충전된 전력량을 관리하는 무선전력 처리부; 및 상기 지시 명령에 따라 상기 특정 동작에 대한 전력 소모량 및 상기 배터리에 충전된 전력량을 비교하여 상기 생체 액츄에이팅 신호를 생성하는 생체 동작 제어부;를 포함한다.
Description
본 발명은 생체 액츄에이터 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 생체 내에서 동작 과정을 중간에 멈추지 않고 완료할 수 있도록 무선전력과 함께 생체 액츄에이팅 신호를 수신하고 동작 완료를 위한 무선전력을 저장하며 생체 액츄에이팅 신호에 따라 약물주입과 같은 동작을 수행할 수 있는 무선전력 기반의 생체 액츄에이터 장치에 관한 것이다.
최근 동물이나 인체 내에 삽입되어 동물 또는 사람의 체온 등의 생체정보를 취득할 수 있는 바이오 센서 기술이 개발되고 있다. 특히, 신체의 피부 조직 아래에 직접 이식하여 체온 등의 생체정보를 측정하고, 별도의 리더기 또는 무선신호를 통해 생체이식 센서가 측정한 생체정보를 수집할 수 있는 기술들이 소개되고 있다.
또한, 이러한 생체이식 센서는 별도의 배터리가 없이도 무선전력을 통해 동작을 위한 전원을 공급받을 수 있으며, 최소화된 크기로 이식됨으로써 이식에 따른 부작용을 줄일 수 있고, 간단한 생체신호 측정이나 약물 주입 등에도 효과적으로 활용될 수 있다.
다만, 생체 내에서 동작하는 경우 체내 환경에 따라 무선전력의 공급이 안정적이지 않을 수 있고, 이에 따라 약물 주입과 같은 동작의 진행 도중에 중단될 위험이 존재한다는 점에서 생체 내 동작의 안정적인 수행을 위한 기술이 필요할 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 생체 내에서 동작 과정을 중간에 멈추지 않고 완료할 수 있도록 무선전력과 함께 생체 액츄에이팅 신호를 수신하고 동작 완료를 위한 무선전력을 저장하며 생체 액츄에이팅 신호에 따라 약물주입과 같은 동작을 수행할 수 있는 무선전력 기반의 생체 액츄에이터 장치를 제공하고자 한다.
실시예들 중에서, 무선전력 기반의 생체 액츄에이터 장치는 생체 이식 가능하도록 구현된 임플란트 기판(implantable substrate); 상기 임플란트 기판 상에 배치되고 생체 내에서 생체 액츄에이팅 신호에 따른 특정 동작을 수행하는 생체 동작부; 상기 임플란트 기판 상에 배치되고 외부로부터 상기 특정 동작의 지시 명령과 함께 무선전력을 수신하여 상기 무선전력을 배터리에 충전하며 상기 배터리에 충전된 전력량을 관리하는 무선전력 처리부; 및 상기 지시 명령에 따라 상기 특정 동작에 대한 전력 소모량 및 상기 배터리에 충전된 전력량을 비교하여 상기 생체 액츄에이팅 신호를 생성하는 생체 동작 제어부;를 포함한다.
상기 임플란트 기판은 유연소재 또는 생체적합성 물질로 구현될 수 있다.
상기 생체 동작부는 특정 약물을 상기 생체 내에 주입하기 위한 약물 전달 모듈을 포함하고, 상기 생체 액츄에이팅 신호에 따라 상기 약물 전달 모듈의 동작을 개시하여 상기 특정 약물이 상기 생체 내에 주입되도록 할 수 있다.
상기 약물 전달 모듈은 상기 임플란트 기판과 탈부착 가능하여 새로운 것으로 교체 가능하도록 구현될 수 있다.
상기 무선전력 처리부는 무선전력 배분 스케쥴이 존재하는 경우 상기 무선전력 배분 스케쥴을 기초로 활성화된 통신 경로를 통해 상기 무선전력의 일부를 전송하고 상기 무선전력의 나머지를 상기 배터리에 충전할 수 있다.
상기 무선전력 처리부는 상기 무선전력의 수신에 따른 전송 오차들을 기초로 상기 외부로부터의 상기 무선전력의 전송에 관한 전송 신뢰도를 산출하고 상기 전송 신뢰도에 따라 상기 배터리에 대한 상기 무선전력의 충전율을 결정할 수 있다.
상기 생체 동작 제어부는 상기 배터리에 충전된 전력량이 상기 전력 소모량을 초과하는 경우 상기 생체 액츄에이팅 신호를 생성할 수 있다.
상기 생체 동작 제어부는 상기 전력 소모량이 상기 배터리에 충전된 전력량을 초과하는 경우 상기 배터리에 충전된 전력량에 따라 자동으로 활성화되도록 하는 활성화 조건이 포함된 상기 생체 액츄에이팅 신호를 생성할 수 있다.
개시된 기술은 다음의 효과를 가질 수 있다. 다만, 특정 실시예가 다음의 효과를 전부 포함하여야 한다거나 다음의 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 기반의 생체 액츄에이터 장치는 생체 내에서 동작 과정을 중간에 멈추지 않고 완료할 수 있도록 무선전력과 함께 생체 액츄에이팅 신호를 수신하고 동작 완료를 위한 무선전력을 저장하며 생체 액츄에이팅 신호에 따라 약물주입과 같은 동작을 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 생체신호 수집 시스템을 설명하는 도면이다.
도 2는 도 1의 생체 액츄에이터 장치의 기본 구성을 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 생체 액츄에이터 장치에서 생체 액츄에이팅 동작을 수행하는 과정을 설명하는 순서도이다.
도 4는 본 발명에 따른 생체 액츄에이터 장치의 일 실시예를 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 루프안테나를 포함하는 생체 액츄에이터 장치의 일 실시예를 설명하는 도면이다.
도 2는 도 1의 생체 액츄에이터 장치의 기본 구성을 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 생체 액츄에이터 장치에서 생체 액츄에이팅 동작을 수행하는 과정을 설명하는 순서도이다.
도 4는 본 발명에 따른 생체 액츄에이터 장치의 일 실시예를 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 루프안테나를 포함하는 생체 액츄에이터 장치의 일 실시예를 설명하는 도면이다.
본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
한편, 본 출원에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다"또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
각 단계들에 있어 식별부호(예를 들어, a, b, c 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
본 발명은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현될 수 있고, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
도 1은 본 발명에 따른 생체신호 수집 시스템을 설명하는 도면이다.
도 1을 참조하면, 생체신호 수집 시스템(100)은 생체 액츄에이터 장치(110), 생체신호 수집 서버(130) 및 데이터베이스(150)를 포함할 수 있다.
생체 액츄에이터 장치(110)는 본 발명에 따른 무선전력에 의해 구동되는 임플란트 바이오 센서(bio-sensor)에 해당할 수 있다. 생체 액츄에이터 장치(110)는 임플란트 기판(implantable substrate)을 포함하여 구현될 수 있으며, 임플란트 기판에 의해 주요 구성(component)들이 배치되어 지지될 수 있다. 일 실시예에서, 임플란트 기판은 유연소재 또는 생체적합성 물질로 구현될 수 있으며, 생체 내 이식된 상태에서 생체 조직의 변화에 적응적으로 결합될 수 있다.
또한, 생체 액츄에이터 장치(110)는 사용자의 신체에 부착되거나 또는 신체 내에 이식되어 운용 가능한 단말 장치로 구현될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 도 1에 도시된 바와 같이 하나의 생체 액츄에이터 장치(110)로 구현될 수 있으나, 필요에 따라 복수개로 구현될 수 있음은 물론이다. 이 경우, 각 생체 액츄에이터 장치(110)는 서로 다른 사용자들에 부착 또는 이식될 수 있고, 동일 사용자에 대해 동시에 다수가 부착 또는 이식될 수 있다.
또한, 생체 액츄에이터 장치(110)는 본 발명에 따른 생체신호 수집 시스템(100)을 구성하는 하나의 장치로서 구현될 수 있으며, 생체신호 수집 시스템(100)은 무선전력의 전송 방식 및 생체신호 수집 목적에 따라 다양한 형태로 변형되어 구현될 수 있다.
또한, 생체 액츄에이터 장치(110)는 생체신호 수집 서버(130)와 무선으로 연결되어 동작 가능하도록 구현될 수 있으며, 반드시 이에 한정되지 않고, 다양한 유형의 센서들을 선택적으로 포함하여 구현될 수도 있다. 특히, 생체 액츄에이터 장치(110)는 독립적인 동작 수행을 위하여 적어도 하나의 MCU(Micro Controller Unit)를 포함하여 구현될 수도 있다.
한편, 생체 액츄에이터 장치(110)는 생체신호 수집 서버(130)와 NFC(Near Field Communication), BT(BlueTooth) 등의 근거리 무선 네트워크를 통해 연결될 수 있고, 무선전력 신호를 수신하여 별도의 전원 장치 없이도 독립적으로 동작할 수 있다. 따라서, 생체 액츄에이터 장치(110)가 복수로 구현된 경우 각 바이오 센서는 생체신호 수집 서버(130)와 1:N 다채널 무선 통신을 수행할 수 있다.
생체신호 수집 서버(130)는 본 발명에 따른 생체 액츄에이터 장치(110)와 연동하여 사용자로부터 수집된 생체신호를 수신하고 이를 분석하는 동작을 수행하는 컴퓨터 또는 프로그램에 해당하는 서버로 구현될 수 있다. 또한, 생체신호 수집 서버(130)는 생체 액츄에이터 장치(110)과 무선 네트워크로 연결될 수 있고, 네트워크를 통해 생체 액츄에이터 장치(110)와 데이터를 송·수신할 수 있다. 또한, 생체신호 수집 서버(130)는 독립된 외부 시스템(도 1에 미도시함)과 연결되어 동작하도록 구현될 수 있다.
일 실시예에서, 생체신호 수집 서버(130)는 생체 액츄에이터 장치(110)에게 무선으로 전력을 전송할 수 있는 무선전력 전송(wireless power transfer, WPT) 모듈을 포함하여 구현될 수 있다. 이때, 무선전력 전송 모듈은 전력을 무선으로 전송하기 위하여 안테나(antenna)를 포함하여 구현될 수 있다. 예를 들어, 무선전력 전송 모듈은 루프 안테나(loop antenna)를 포함할 수 있으며, 루프 안테나와 연결된 리더기(reader)를 더 포함할 수 있다.
데이터베이스(150)는 생체신호 수집 서버(130)의 동작 과정에서 필요한 다양한 정보들을 저장하는 저장장치에 해당할 수 있다. 예를 들어, 데이터베이스(150)는 사용자로부터 수집된 생체신호 정보를 저장하거나 또는 생체신호 분석을 위한 알고리즘 및 무선 통신과 전력을 위한 정보를 저장할 수 있으며, 반드시 이에 한정되지 않고, 생체신호 수집 서버(130)가 본 발명에 따른 생체 액츄에이터 장치(110)에게 무선전력을 공급하는 과정에서 다양한 형태로 수집 또는 가공된 정보들을 저장할 수 있다.
또한, 도 1에서, 데이터베이스(150)는 생체신호 수집 서버(130)와 독립적인 장치로서 도시되어 있으나, 반드시 이에 한정되지 않고, 논리적인 저장장치로서 생체신호 수집 서버(130)에 포함되어 구현될 수 있음은 물론이다.
도 2는 도 1의 생체 액츄에이터 장치의 기본 구성을 설명하는 도면이다.
도 2를 참조하면, 생체 액츄에이터 장치(110)는 생체 동작부(210), 무선전력 처리부(230), 생체 동작 제어부(250) 및 메모리(270)를 포함할 수 있다. 또한, 생체 액츄에이터 장치(110)는 생체신호를 외부 장치로 전송하기 위한 통신 모듈을 더 포함하여 구현될 수 있다.
이때, 본 발명의 실시예는 상기의 구성들을 동시에 모두 포함해야 하는 것은 아니며, 각각의 실시예에 따라 상기의 구성들 중 일부를 생략하거나, 상기의 구성들 중 일부 또는 전부를 선택적으로 포함하여 구현될 수도 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예는 상기 구성들 중 일부를 선택적으로 포함하는 임플란트 바이오 센서로서 구현될 수 있으며, 각 구성들 간의 연동을 통해 본 발명에 따른 생체 액츄에이팅 동작을 수행할 수도 있다. 이하, 각 구성들의 동작을 구체적으로 설명한다.
생체 동작부(210)는 임플란트 기판 상에 배치되고 생체 내에서 생체 액츄에이팅 신호에 따른 특정 동작을 수행할 수 있다. 이때, 특정 동작은 생체 액츄에이팅 신호에 따라 약물주입 또는 전기적 자극의 제공을 포함할 수 있다. 생체 동작부(210)는 생체 액츄에이팅 신호의 전달에 따라 특정 동작을 자동 수행하도록 구현되거나 또는 특정 동작의 수행이 가능한 상태로 변경되도록 구현될 수도 있다. 또한, 특정 동작으로서 약물주입을 수행하는 경우 생체 동작부(210)는 동작 개시에 따라 약물 주입 과정이 자동 수행되도록 구현된 독립적인 모듈을 포함하여 구현될 수 있다.
일 실시예에서, 생체 동작부(210)는 특정 약물을 생체 내에 주입하기 위한 약물 전달 모듈을 포함할 수 있다. 이를 통해, 생체 동작부(210)는 생체 액츄에이팅 신호에 따라 약물 전달 모듈의 동작을 개시하여 특정 약물이 생체 내에 주입되도록 할 수 있다. 예를 들어, 약물 전달 모듈은 약물을 저장하는 수용부재, 약물의 주입을 위한 동력을 제공하는 동력부재, 동력에 의해 약물을 이동 채널로 방출하는 방출부재, 및 이동 채널을 통해 약물을 특정 방향으로 유도하는 유도부재 등을 포함할 수 있다. 이 경우, 생체 동작부(210)는 생체 액츄에이팅 신호에 응답하여 약물 전달 모듈의 동력부재에 전력을 전달함으로써 약물 주입 동작을 개시할 수 있다.
일 실시예에서, 약물 전달 모듈은 임플란트 기판과 탈부착 가능하여 새로운 것으로 교체 가능하도록 구현될 수 있다. 약물 전달 모듈은 하나의 독립된 모듈로서 구현될 수 있으며, 약물 주입이 완료되면 임플란트 기판으로부터 탈착되어 제거될 수 있다. 또한, 임플란트 기판이 생체 내에 삽입된 상태에서도 약물 전달 모듈의 탈부착을 위하여 약물 전달 모듈이 결합되는 영역만 외부로 노출될 수 있다.
무선전력 처리부(230)는 임플란트 기판 상에 배치되고 외부로부터 특정 동작의 지시 명령과 함께 무선전력을 수신하여 무선전력을 배터리에 충전하며 배터리에 충전된 전력량을 관리할 수 있다. 무선전력 처리부(230)는 데이터 전송과 무선전력의 수신 동작을 수행할 수 있으며, 수신된 무선전력을 각 구성들에 배분하거나 또는 배터리에 충전하여 저장할 수 있다. 이때, 배터리는 커패시터(capacitor)로 구현될 수 있다. 또한, 무선전력 처리부(230)는 배터리의 충전량이 제1 기준 이하로 떨어지면 외부로부터 수신된 무선전력을 높은 비율로 배터리에 우선하여 저장할 수 있으며, 충전량이 제2 기준 이상을 초과하면 무선전력이 우선적으로 배분되도록 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 무선전력 처리부(230)는 무선전력 배분 스케쥴이 존재하는 경우 무선전력 배분 스케쥴을 기초로 활성화된 통신 경로를 통해 무선전력의 일부를 전송하고 무선전력의 나머지를 배터리에 충전할 수 있다. 여기에서, 무선전력 배분 스케쥴은 외부로부터 무선전력이 공급되는 동안 생체 액츄에이터 장치(110)의 동작을 위한 전력 배분 계획에 해당할 수 있다. 무선전력 처리부(230)는 무선전력 전송시간을 기준으로 전송기간 동안 무선전력이 정상 수신되는 것을 가정하여 무선전력 배분 스케쥴에 따라 무선전력이 각 구성요소에 전달되기 위한 가상의 경로를 통신 경로로서 생성할 수 있다.
이때, 가상의 통신 경로는 무선전력의 전송 경로에 대응될 수 있고, 전송시간은 외부로부터 무선전력의 공급이 개시되는 시점에 해당할 수 있으며, 전송기간은 전송시간부터 무선전력의 공급이 계속되는 시간 간격에 해당할 수 있다. 따라서, 전송시간을 기준으로 전송기간이 경과한 시점에 무선전력의 전송은 종료될 수 있다. 무선전력 처리부(230)는 무선전력의 배분과 충전을 위한 비율을 결정할 수 있으며, 각 비율에 따라 배분과 충전을 위한 동작을 수행할 수 있다.
일 실시예에서, 무선전력 처리부(230)는 무선전력의 수신에 따른 전송 오차들을 기초로 외부로부터의 무선전력의 전송에 관한 전송 신뢰도를 산출하고 전송 신뢰도에 따라 배터리에 대한 무선전력의 충전율을 결정할 수 있다. 여기에서, 전송 신뢰도는 외부에서 전송하는 무선전력이 생체 액츄에이터 장치(110)에 전달되는 정도를 수치화한 것에 해당할 수 있다. 즉, 무선전력 처리부(230)는 외부로부터의 무선전력 전송에 관한 평가를 통해 무선전력의 배분과 충전에 관한 동작의 안정성을 정량화할 수 있다.
또한, 무선전력 처리부(230)는 전송 신뢰도가 낮은 경우 생체 액츄에이팅 동작의 안전성을 위하여 무선전력의 충전보다는 배분을 우선하여 처리할 수 있다. 따라서, 전송 신뢰도가 낮을수록 무선전력 처리부(230)에 의해 제어되는 무선전력의 충전율을 낮아질 수 있다. 무선전력 처리부(230)는 전송 신뢰도를 주기적으로 산출할 수 있고, 이에 따라 배터리에 대한 무선전력의 충전율도 주기적으로 갱신하여 제어할 수 있다.
생체 동작 제어부(250)는 지시 명령에 따라 특정 동작에 대한 전력 소모량 및 배터리에 충전된 전력량을 비교하여 생체 액츄에이팅 신호를 생성할 수 있다. 여기에서, 생체 액츄에이팅 신호는 생체 액츄에이팅 동작을 실행하는 제어 신호에 해당할 수 있다. 생체 동작 제어부(250)는 생체 액츄에이팅 동작을 위한 충분한 전력이 공급되거나 확보된 경우에 제한적으로 생체 액츄에이팅 신호를 생성할 수 있다. 구체적으로, 생체 동작 제어부(250)는 생체 액츄에이팅 동작 시 소모되는 전력 소모량을 예측하고 배터리에 충전된 전력량과 비교한 결과에 따라 신호 생성 여부를 결정할 수 있다.
일 실시예에서, 생체 동작 제어부(250)는 배터리에 충전된 전력량이 전력 소모량을 초과하는 경우 생체 액츄에이팅 신호를 생성할 수 있다. 생체 동작 제어부(250)는 특정 동작에 소모되는 전력 소모량보다 더 많은 전력량이 배처리에 축적된 경우에만 생체 액츄에이팅 신호를 생성하여 생체 동작부(210)에 전달할 수 있으며, 생체 동작부(210)는 생체 액츄에이팅 신호에 따라 관련 동작을 개시할 수 있다.
일 실시예에서, 생체 동작 제어부(250)는 전력 소모량이 배터리에 충전된 전력량을 초과하는 경우 배터리에 충전된 전력량에 따라 자동으로 활성화되도록 하는 활성화 조건이 포함된 생체 액츄에이팅 신호를 생성할 수 있다. 즉, 생체 액츄에이팅 신호에 포함되는 활성화 조건은 생체 동작부(210)에 의한 동작 모드의 활성화를 위한 트리거(trigger) 조건에 해당할 수 있다. 이에 따라, 생체 동작부(210)는 생체 액츄에이팅 신호에 활성화 조건이 포함되었는지 여부를 우선적으로 검사할 수 있고, 활성화 조건이 포함된 경우에는 생체 액츄에이팅 신호의 수신에도 불구하고 관련 동작을 개시하지 않을 수 있다. 생체 동작부(210)는 활성화 조건을 적용하여 동작 모드를 활성화 상태로 변경하고 활성화 조건의 충족 여부가 검출되면 비로소 생체 액츄에이팅 동작을 개시할 수 있다.
메모리(270)는 임플란트 기판 상에 배치되고 생체 액츄에이팅 과정에서 필요한 데이터를 저장할 수 있다. 이를 위하여, 메모리(270)는 생체 액츄에이터 장치(110)에 포함된 MCU의 내장 메모리로 구현될 수 있다. 또한, 메모리(270)에 저장된 데이터들은 전기적으로 연결된 다른 구성들에 의해 접근될 수 있으며, 본 발명에 따른 생체 액츄에이팅 과정에서 사용될 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 생체 액츄에이터 장치에서 생체 액츄에이팅 동작을 수행하는 과정을 설명하는 순서도이다.
도 3을 참조하면, 생체 액츄에이터 장치(110)는 무선전력 처리부(230)를 통해 외부로부터 특정 동작의 지시 명령과 함께 무선전력을 수신할 수 있다(단계 S310). 생체 액츄에이터 장치(110)는 무선전력 처리부(230)를 통해 수신된 무선전력을 배터리에 충전할 수 있다(단계 S330).
또한, 생체 액츄에이터 장치(110)는 생체 동작 제어부(250)를 통해 지시 명령에 따라 특정 동작에 대한 전력 소모량 및 배터리에 충전된 전력량을 비교하여 생체 액츄에이팅 신호를 생성할 수 있다(단계 S350). 생체 액츄에이터 장치(110)는 생체 동작부(210)를 통해 생체 액츄에이팅 신호에 따른 특정 동작을 수행할 수 있다(단계 S370).
도 4는 본 발명에 따른 생체 액츄에이터 장치의 일 실시예를 설명하는 도면이다.
도 4를 참조하면, 생체 액츄에이터 장치(110)는 임플란트 기판 상에 배치된 체내 센서(410), 체내 프로세서(430), 체내 메모리(450), 무선전력 컨트롤러(470) 및 생체 액츄에이터(490)를 포함하는 생체신호 칩으로 구현될 수 있다. 이때, 임플란트 기판은 생체 이식 가능한 유연소재 또는 생체적합성 있는 물질로 구현될 수 있으며, 생체 이식형 플랫폼 보호 코팅을 통해 보호될 수 있다. 예를 들어, 생체적합성 있는 물질은 생체 조직에 대한 실질적 염증반응 또는 면역반응을 일으키지 않는 물질에 해당할 수 있다.
구체적으로, 체내 센서(410)는 센서 소켓을 통해 임플란트 기판과 연결될 수 있다. 이때, 센서 소켓은 다양한 체내 센서(410)와 물리적으로 결합 가능하도록 구현될 수 있다. 또한, 센서 소켓은 필요에 따라 하나 이상의 소켓들을 포함하여 구현됨으로써 복수의 체내 센서(410)들로 확장 가능한 인터페이스를 제공할 수 있다. 예를 들어, 센서 소켓은 시리얼 인터페이스(Serial Interface), 범용 입출력 포트(GPIO, General Purpose Input Output)등을 포함할 수 있다.
또한, 체내 센서(410)는 측정하고자 하는 생체신호의 유형과 특성에 따라 다양한 형태로 구현될 수 있다. 예를 들어, 체내 센서(410)는 2개의 전극(Electrode)과 밴드 패스 필터(Band pass filter), 계측 증폭기(Instrumentation Amplifier), AD 컨버터(ADC) 등을 포함하여 구현될 수 있다. 다른 예로서, 체내 센서(410)는 2개의 전극(Electrode)과 차동 증폭기(Differential Amplifier), 하이패스 필터(High-pass filter), 비교기(Comparator) 등을 포함하여 구현될 수 있으며, 반드시 이에 한정되지 않고, 다양한 구성들을 선택적으로 포함하여 구현될 수 있다.
또한, 체내 센서(410)는 온도 센서, PPG(Photoplethysmogram) 센서, ECG 센서, ECOG 센서 등을 포함할 수 있다. 온도 센서는 체내의 온도를 측정하는 센서이고, PPG 센서는 광혈류측정 센서로서 조직 내 혈류의 변화를 측정하는 센서이며, ECG(Electorcardiogram) 센서는 심전도 센서로서 심장근육의 수축 및 이완시 발생하는 전위 신호를 측정하는 센서이고, ECOG(ElectroCorticography) 센서는 뇌의 전기신호를 측정하는 센서이다. 체내 센서(410)는 측정하는 데이터 특성 및 센서 유형에 따라 생체신호 측정에 적합한 체내 위치가 결정될 수 있다.
체내 프로세서(430)는 MCU(예: CPU 등)로 구현될 수 있으나 반드시 이에 한정되지 않음은 물론이다. 이에 따라, 생체신호를 저장하는 체내 메모리(450)는 MCU의 내부 메모리로 구현될 수 있다. 또한, 체내 메모리(450)에 저장된 데이터들은 전기적으로 연결된 체내 프로세서(430)에 의해 접근될 수 있으며, 본 발명에 따른 생체 액츄에이팅 동작 과정에서 사용될 수 있다.
무선전력 컨트롤러(470)는 임플란트 기판 상에 배치되고 데이터 전송 및 무선전력의 송수신을 제어할 수 있다. 무선전력 컨트롤러(470)는 무선 전력 및 데이터 통신을 위해 안테나와 직접 연결될 수 있으며, NFC 인터페이스(NFC Interface)와 레귤레이터(Regulator) 등을 포함하여 구현될 수 있다.
일 실시예에서, 무선전력 컨트롤러(470)는 외부의 전력 전송 장치로부터 무선전력을 수신하는 경우 체내 프로세서(430)에 의해 설정된 전송 경로를 통해 무선전력을 전송할 수 있다. 이를 위하여, 무선전력 컨트롤러(470)는 체내 프로세서(430)와 연결될 수 있고, 외부로부터 공급된 무선전력을 가상의 전송 채널을 통해 공급할 수 있다.
생체 액츄에이터(490)는 생체 액츄에이팅 신호(Actuating Sinal)를 수신하여 생체 액츄에이팅 동작을 수행할 수 있다. 이를 위하여, 생체 액츄에이터(490)는 약물주입이나 전기적 자극을 제공하기 위한 구성들을 포함하여 구현될 수 있다. 즉, 생체 액츄에이터(490)는 약물주입이나 전기적 자극 등의 특정 동작을 위한 적어도 하나의 액츄에이터(Actuator)를 포함하여 구현될 수 있다. 생체 액츄에이터(490)는 체내 프로세서(430)에 의해 생성된 생체 액츄에이팅 신호에 따라 액츄에이터의 동작을 제어할 수 있다. 일 실시예에서, 생체 액츄에이터(490)는 임플란트 기판에 탈부착 가능한 구조로 구현될 수 있으며, 임플란트 기판과 독립적으로 구현되어 체내에서 상호 연동하여 동작할 수도 있다.
도 5는 본 발명에 따른 루프안테나를 포함하는 생체 액츄에이터 장치의 일 실시예를 설명하는 도면이다.
도 5를 참조하면, 생체 액츄에이터 장치(110)는 기본적으로 임플란트 기판(510) 상에 형성되는 안테나를 포함하여 구현될 수 있고, 임플란트 기판(510)은 안테나와 함께 생체 이식형 플랫폼 보호 코팅을 통해 보호될 수 있다.
일 실시예에서, 생체 액츄에이터 장치(110)는 임플란트 기판(510)과 루프안테나(530)를 포함하여 구현될 수 있다. 임플란트 기판(510)은 생체 액츄에이터 장치(110)의 주요 구성들과 결합될 수 있고, 생체이식 가능한 물질로 구현될 수 있다. 또한, 임플란트 기판(510)이 생체 내에 이식되어 동작하는 반면, 루프안테나(530)는 생체 내에 이식되거나 또는 필요에 따라 생체 외부에서 동작하도록 구현될 수도 있다. 만약 생체 외부에 노출되는 경우라면 루프안테나(530)는 임플란트 기판(510)과 필라멘트 구조로 연결될 수 있다. 또한, 임플란트 기판(510)이 생체 이식형 플랫폼 보호 코팅을 통해 보호됨에 따라 루프안테나(530)의 일부가 함께 코팅되어 보호될 수 있다.
일 실시예에서, 루프안테나(530)는 단일 코일 또는 복수의 코일들을 포함하여 구현될 수 있으며, 복수의 코일들은 임플란트 기판의 형상에 대응되는 형상으로 구현될 수 있다. 도 5의 그림 (a)는 원형 형상의 복수의 코일들로 구현된 예이며, 그림 (b)는 사각형 형상의 단일 코일로 구현된 예이다. 루프안테나(530)를 구성하는 복수의 코일들 역시 소정의 간격에 따라 이격되어 형성될 수 있으며, 서로 다른 재료로 구현될 수 있다.
또한, 루프안테나(530)는 전력 및 데이터 신호의 송수신 과정에서 발생하는 열로 인해 각 코일들에서 열적 변형이 발생할 수 있다. 이때, 각 코일들의 재료 특성에 따라 열적 변형의 차이가 발생할 수 있으며, 복수의 코일들은 코일의 중심에서 멀어질수록 코일의 열적 변형의 정도가 더 크게 발생하도록 배치될 수 있다. 이때, 복수의 코일들은 열적 변형에 의한 휘어짐이 동일한 방향으로 발생하도록 구현될 수 있다.
예를 들어, 루프안테나(530)는 3개의 원형 코일들을 포함하여 구현된 경우, 3개의 원형 코일들 각각은 열적 변형에 의해 곡률 반경을 갖는 휘어짐이 발생할 수 있다. 이때, 가장 바깥쪽에 배치된 코일의 열적 변형이 가장 크게 나타날 수 있고, 가장 안쪽에 배치된 코일의 열적 변형이 가장 작게 나타날 수 있다. 또한, 각 코일들의 휘어짐은 코일이 형성하는 내부 평면을 기준으로 5 ~ 25 mm 사이의 곡률 반경을 갖도록 형성되는 것이 바람직할 수 있으며, 서로 인접한 코일들 간의 곡률 반경의 차이()는 최대 10 mm을 넘지 않도록 형성되는 것이 바람직할 수 있다.
일 실시예에서, 루프안테나(530)는 생체조직(예: 피부)에 부착 가능한 패치 형태로 구현될 수 있다. 이때, 루프안테나(530)와 피부 조직층 사이에는 절연층(insulation layer)이 배치될 수 있다. 또한, 절연층은 서로 다른 재질로 구현된 복수개의 층들을 포함하여 형성될 수 있다. 이때, 복수개의 절연층들은 루프안테나(530)에서 멀어질수록 절연체의 유전율(permittvity)이 낮아지도록 구현될 수 있다. 또한, 복수개의 절연층들 중 일부는 인접하는 절연층들 사이의 공간을 적어도 2개의 독립적인 공간들로 분할하도록 구현될 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 생체신호 수집 시스템
110: 생체 액츄에이터 장치 130: 생체신호 수집 서버
150: 데이터베이스
210: 생체 동작부 230: 무선전력 처리부
250: 생체 동작 제어부 270: 메모리
410: 체내 센서 430: 체내 프로세서
450: 체내 메모리 470: 무선전력 컨트롤러
490: 생체 액츄에이터
510: 임플란트 기판 530: 루프안테나
110: 생체 액츄에이터 장치 130: 생체신호 수집 서버
150: 데이터베이스
210: 생체 동작부 230: 무선전력 처리부
250: 생체 동작 제어부 270: 메모리
410: 체내 센서 430: 체내 프로세서
450: 체내 메모리 470: 무선전력 컨트롤러
490: 생체 액츄에이터
510: 임플란트 기판 530: 루프안테나
Claims (8)
- 생체 이식 가능하도록 구현된 임플란트 기판(implantable substrate);
상기 임플란트 기판 상에 배치되고 생체 내에서 생체 액츄에이팅 신호에 따른 특정 동작을 수행하는 생체 동작부;
상기 임플란트 기판 상에 배치되고 외부로부터 상기 특정 동작의 지시 명령과 함께 무선전력을 수신하여 상기 무선전력을 배터리에 충전하며 상기 배터리에 충전된 전력량을 관리하는 무선전력 처리부; 및
상기 지시 명령에 따라 상기 특정 동작에 대한 전력 소모량 및 상기 배터리에 충전된 전력량을 비교하여 상기 생체 액츄에이팅 신호를 생성하는 생체 동작 제어부;를 포함하는 무선전력 기반의 생체 액츄에이터 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 임플란트 기판은
유연소재 또는 생체적합성 물질로 구현되는 것을 특징으로 하는 무선전력 기반의 생체 액츄에이터 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 생체 동작부는
특정 약물을 상기 생체 내에 주입하기 위한 약물 전달 모듈을 포함하고,
상기 생체 액츄에이팅 신호에 따라 상기 약물 전달 모듈의 동작을 개시하여 상기 특정 약물이 상기 생체 내에 주입되도록 하는 것을 특징으로 하는 무선전력 기반의 생체 액츄에이터 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 약물 전달 모듈은
상기 임플란트 기판과 탈부착 가능하여 새로운 것으로 교체 가능하도록 구현되는 것을 특징으로 하는 무선전력 기반의 생체 액츄에이터 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 무선전력 처리부는
무선전력 배분 스케쥴이 존재하는 경우 상기 무선전력 배분 스케쥴을 기초로 활성화된 통신 경로를 통해 상기 무선전력의 일부를 전송하고 상기 무선전력의 나머지를 상기 배터리에 충전하는 것을 특징으로 하는 무선전력 기반의 생체 액츄에이터 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 무선전력 처리부는
상기 무선전력의 수신에 따른 전송 오차들을 기초로 상기 외부로부터의 상기 무선전력의 전송에 관한 전송 신뢰도를 산출하고 상기 전송 신뢰도에 따라 상기 배터리에 대한 상기 무선전력의 충전율을 결정하는 것을 특징으로 하는 무선전력 기반의 생체 액츄에이터 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 생체 동작 제어부는
상기 배터리에 충전된 전력량이 상기 전력 소모량을 초과하는 경우 상기 생체 액츄에이팅 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 무선전력 기반의 생체 액츄에이터 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 생체 동작 제어부는
상기 전력 소모량이 상기 배터리에 충전된 전력량을 초과하는 경우 상기 배터리에 충전된 전력량에 따라 자동으로 활성화되도록 하는 활성화 조건이 포함된 상기 생체 액츄에이팅 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 무선전력 기반의 생체 액츄에이터 장치.
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|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|---|
| KR20080017247A (ko) | 2006-08-21 | 2008-02-26 | 가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼 | 생체이식용 ｒｆｉｄ태그 및 그 삽입지그체 |
-
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Patent Citations (1)
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|---|---|---|---|---|
| KR20080017247A (ko) | 2006-08-21 | 2008-02-26 | 가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼 | 생체이식용 ｒｆｉｄ태그 및 그 삽입지그체 |
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