팬데믹 속 IoT를 활용한 코로나19 확산 통제
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팬데믹 속 IoT를 활용한 코로나19 확산 통제
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  • 승인 2020.08.13 08:40
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[테크월드=선연수 기자] UN의 지속가능한 개발 목표 중 하나는 감염병 확산에 대비하는 것이다. 현재 코로나19 팬데믹 상황을 맞아 이 목표가 지금과 같이 중요했던 적이 없다. 감염병과 맞서 싸우기 위해 기술은 중요한 역할을 할 수 있으며, 바로 그런 기술 중 하나가 IoT다.

 

비용을 절감하고, 자율적 혹은 원격으로 치료와 진단을 시행할 수 있고, 환자의 데이터를 활용할 수 있는 것은 IoT가 의료 분야에 가져올 변화 중 일부에 불과하다. 무선 기술과 IoT는 질병 관리를 위해 강력한 솔루션을 제공할 수 있다.

흔히 IoT라고 하면, 센서와 무선 마이크로컨트롤러로 이뤄진 네트워크를 떠올릴 것이다. 그러나 이것은 물리적 측면만 봤을 때의 IoT다. 거시적 관점에서 IoT는 거대한 규모의 분산 컴퓨팅으로 볼 수 있다. IoT는 240억 개에 이를 것으로 추정되는 스마트 커넥티드 디바이스들이, 이전에는 할 수 없었던 어마어마한 양의 데이터를 수집·처리할 수 있도록 해준다. 팬데믹과 같은 상황에서 더 많은 데이터는 더 나은 의사결정을 도출해내 더 잘 대응할 수 있도록 돕는다. 질병의 확산을 예방·통제하기 위해서는 2가지 모두 중요하다.

 

접촉자 추적

팬데믹 발생 시, 가장 시급한 일은 감염자와의 접촉 가능성이 있는 사람들을 추적하고 격리하는 것이다. 질병의 확산을 막아야 하기 때문이다. 접촉자를 추적하는 전통적인 방법은 감염자들을 인터뷰하는 방식으로 일일이 물어보는 것이다. 그러나 이는 비용과 시간이 많이 들고 사람의 실수가 끼어들기 쉽다. 인구가 밀집된, 이동이 잦은 대도시의 경우 문제는 더 복잡해지므로 전통적인 방법은 추적에 취약할 수 있다.

전통적인 추적 방식의 대안으로는 무선기술을 사용하는 방식이 있다. 무선 기술에는 RFID, 블루투스 저에너지(BLE, Bluetooth Low Energy), GPS, Wi-Fi, 자기장 서명 등이 있다. 무선 기술을 사용하면 확진자와 접촉한 시간과 근접성에 관한 정보를 얻을 수 있다.

블루투스 저에너지는 가장 널리 사용되는 IoT 표준 중 하나로, 비교적 높은 정밀도로 위치를 추적할 수 있다. 블루투스 저에너지는 Wi-Fi, 셀룰러 대비 더 높은 정밀도를 제공한다. 접촉자를 분류하고, 더 밀접한 접촉이 이뤄진 사례에 대해 우선적인 조치를 취하기 위해서는 이런 정밀성이 중요하다. 또한, 블루투스 저에너지는 RSSI(Received Signal Strength Indication), AoA(Angle of Arrival)와 같은 다양한 위치 추적 방식을 제공한다. 일상적으로 사용하는 스마트폰이나 대부분의 커넥티드 웨어러블 제품에 적용된다.

블루투스 태그를 사용하는 방법도 있다. 인구가 밀집된 도심 지역에 수백~수천 개의 블루투스 태그를 설치하고, 스마트 디바이스와 통신하는 방식이다. 이 과정에서 메시지 충돌을 극복하기 위해, 시스템 차원에서 블루투스 디바이스의 그물망을 최적화해야 한다. 메시지 충돌이 발생할 경우, 확진자와의 상호작용을 기록하지 못해 감염 가능성이 높은 접촉자를 가려내지 못할 수 있다.

 

바이오센서와 POC 테스트

팬데믹 대응에 있어 중요한 또 하나는 POC(Point-of-care) 테스트다. 코로나19 대응으로 사용할 수 있는 테스트 키트가 턱없이 부족해, 코로나19의 데이터도 빙산의 일각에 불과한 것으로 보인다. 만약, 테스트 키트를 좀 더 충분히 사용할 수 있었다면 뉴욕의 코로나19 확산세를 최소화할 수 있었을 것이다. 저개발 국가에서도 비싸지 않은 장비의 빠른 도입이 이뤄져야 한다. 이런 국가들에서는 훈련된 인력이나 의료 시설이 부족해 질병 확산이 더 빠르게 진행될 수 있다.

 

일회용 카트리지로 환자 샘플을 채취한 뒤 30분 내로 결과를 얻을 수 있다

진단 장비는 비싸지 않은 가격은 물론, 신뢰성, 민감성, 용이한 휴대성을 갖추고 사용자 친화적이어야 한다. 전체나 일부분을 일회용으로 교체할 수 있도록 하거나 크기를 줄인다면 더욱 효율적일 것이다. 이런 요구를 충족하는 것이 클라우드 연결 바이오센서다.

임페리얼 칼리지 런던(Imperial College London, 이하 ICL)의 연구진은 질병을 조기에 진단할 수 있는 랩-온-칩(Lab-on-chip)을 개발해냈다. 일회용 카트리지로 환자의 샘플을 채취한 뒤, 30분이면 결과를 알 수 있어 사용법이 매우 간단하다.

기술적으로 자세히 살펴보면, 카트리지를 CMOS 칩 상으로 일련의 ISFET 센서들이 탑재된 랩-온-칩 디바이스로 집어넣으면, 센서는 마이크로컨트롤러로 연결되고, 마이크로컨트롤러는 블루투스를 통해 클라우드나 스마트폰 앱으로 데이터를 전송한다.

바이오센서로 사용된 ISFET는 기본적으로 MOSFET 트랜지스터에서 금속 게이트를 이온에 민감한 구조로 교체한 것이다. ISFET 바이오센서는 용액 내의 이온 농도를 측정할 수 있으며, 칩 표면에서 반응 이온을 영상화한다. 이를 통해 DNA 증폭을 실시간으로 모니터링할 수 있고 바이러스 감염을 검사해낼 수 있다.

 

ISFET 바이오센서는 기본적으로 MOSFET 트랜지스터로, 금속 게이트를 이온 민감성 구조로 교체한 것이다

데모 버전은 IoT가 평범한 기술을 사용해 편재한 유비쿼터스 컴퓨팅을 가능하게 만든 방식과 전례 없는 POC 테스트 지원 방식을 보여준다. 랩-온-칩 기술의 또 하나 주목할 점은 가격이 저렴하면서도, 박스 테스트 키트로 급하게 FDA 승인을 받은 뒤 사용되고 있는 애보트 랩스(Abbott Labs)에 필적하는 기술이란 점이다.

 

의료 사물 인터넷

CDC는 의료 시설 감염(의료 시설을 방문했다 감염된 인원 수)이 미국 내 병원에서만 연간 170만 명에 달할 것으로 추산하고 있다. 이미 팬데믹인 상황에서 이 수가 폭증할 경우 의료 인력 부족 문제로 이어질 수 있다. 팬데믹 상황 속에서 어떻게 병원 감염의 위험성을 낮출 수 있을까?

이에 해결책이 될 수 있는 것이 의료 사물 인터넷(IoMT, Internet Of Medical Things)이다. IDC의 조사에 의하면, 의료 사업자의 70% 이상이 이미 IoMT를 구축하고 있다. 이는 팬데믹 예방에 반가운 소식이다.

IoT의 가장 큰 장점은 어떤 사물로든 데이터를 얻을 수 있다는 점이다. IoMT는 의료용 사물인터넷으로, 이는 심박 측정기일 수도, 휠체어일 수도, 웨어러블 디바이스일 수도 있다. 이를 통해 환자로부터 지속해서 생성되는 데이터를 활용해 환자의 건강 상태를 분석할 수 있다. 규모를 확장해 환자 집단으로부터 수집한 데이터를 이용해 의료 연구와 개발을 가속화하는 데 쓰일 수 있다.

병원 침대와 같은 IoMT를 도입하는 등 병원 시설에 자동화·기술을 도입해 의료 종사자들의 감염 환자와의 접촉을 줄이고 보호력은 높일 수 있다. 환자의 데이터를 원격으로 활용할 수 있어 병원 방문 횟수도 줄일 수 있다. 이는 원격 진료, 원격 진단, 원격 모니터링 기술의 발전과 맞물려 일어날 것으로 예상된다.

현재의 팬데믹과 같은 상황에서는 예외적이나, IoMT나 자동화 기술은 사람 간의 접촉을 대신하기 어렵고 환자 치료에 있어 소통도 중요한 부분을 차지한다. 그러나 IoMT는 의사들이 자신의 직무를 수행함에 있어 인간적 측면에 시간을 좀 더 할애할 수 있도록 해줄 것이다. 예를 들어 환자나 환자 가족들과 대화하는 데 더 많은 시간을 쓸 수 있다.

IoMT는 노인이나 만성 질환을 앓는 환자들의 원격 치료 수준을 높여줄 수 있다. 이는 코로나19 팬데믹과 같은 상황에 취약한 집단이 바이러스에 노출되는 위험을 크게 줄일 수 있다. 특히, 노인들의 감염 위험성을 낮추기 위해 중요한 부분이다. 가상 비서, 의료 센서, 스마트 홈과 같은 기술을 활용해 취약 집단을 감염으로부터 더 잘 보호할 수 있다.

 

보안 위협

보안과 프라이버시 문제를 빼놓고는 IoMT와 IoT를 완전히 논할 수 없다. IoT 기술은 사물에서 클라우드로, 클라우드에서 사물로 데이터를 주고받을 수 있을 정도로 진화했으나, 디바이스와 데이터 보안은 여전한 해결 과제로 남아있다. 이런 이유로 의료 사업자들도 백 엔드 시스템으로는 IoT를 구축하고 있지만, 고객과의 접촉이 있는 업무에 IoMT를 도입하는 것에는 신중한 태도를 취한다.

 

IoT 기술을 의료 목적으로 사용하기 위해서는 프라이버시와 보안 문제를 해결해야 한다

환자들이 스마트 웨어러블 의료용 센서를 사용해 자신의 건강 상태에 관한 민감한 정보를 전송하는 것에 신경을 쓰는 것은 당연하다. 팬데믹과 같은 상황에서 특히, 접촉자 추적 시 데이터 프라이버시는 민감한 문제가 될 수 있다.

팬데믹이 발생했을 때 접촉자 추적을 위해 블루투스 태그를 설치한다면, 수집된 데이터는 누가 소유하는 것인가? 이런 민감한 데이터를 어느 수준까지 접근하고 조작할 수 있도록 할 것인가?

IoT 기술을 의료 목적으로 사용하기 위해서는 프라이버시 문제와 보안 취약성을 해결해야 한다. 이를 위해서는 관련 규제, 경제, 의료, 기술 당사자들의 협력이 필요하다.

기술적인 측면에서는 해킹으로부터 하드웨어와 소프트웨어를 보호하기 위한 다양한 혁신 기술들이 존재한다. 실리콘랩스(Silicon Labs)의 시큐어 볼트(Secure Vault)와 같은 제품이 그 예다. 이는 각각의 무선 칩으로 출생증명서와 같은 고유의 서명을 생성해낸다. 칩으로 처리된 연산은 IoT 서비스 사업자만 사용할 수 있으며 해커에게 가지 않도록 한다. 그러나 개인 정보를 취급하는 것에 대해 사용자의 신뢰를 구축하는 것은 아직 해결해야 할 문제다.

 

결론

IoT 기술은 현재, 그리고 미래에 발생할 수 있는 팬데믹을 예방·관리하기 위해 중요한 역할을 맡을 수 있다. IoT를 광범위하게 구축하면, 팬데믹과 같은 상황에 직면했을 때 요구되는 엄청난 양의 데이터를 획득하고 분석해낼 수 있다. IoT는 효과적으로 질병의 확산을 통제하고 수많은 사람을 추적, 테스트, 치료할 수 있는 유망한 기술이다.

 

글: 아셈 엘시미(Asem Elshimi) 실리콘랩스 설계 엔지니어
자료제공: 실리콘랩스

- 이 글은 테크월드가 발행하는 월간 <EPNC 電子部品> 2020년 8월 호에 게재된 기사입니다.


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