주변 공기 오염도와 착용자의 운동 등 호흡 상태를 감지해 자동으로 필터 성능을 조절, 여과효율을 제어하고 착용자가 호흡하기 편하게 해주는 인공지능 마스크가 국내 연구진에 의해 개발됐다.

 서울대 기계공학과 고승환 교수팀은 미국 화학회(ACS) 학술지 'ACS 나노'(ACS Nano)에서 마스크 안쪽과 바깥에 부착한 센서를 통해 공기 오염도와 호흡 상태를 파악, 필터의 미세구멍(micro pores) 크기를 자동으로 조절하는 인공지능 마스크를 개발했다고 4일 밝혔다.

 신종 코로나바이러스 감염증(코로나1) 대유행으로 마스크는 실내는 물론 실외에서도 필수품이 됐다. 널리 사용되는 마스크는 필터가 미세먼지 등을 걸러내는 여과효율에 따라 덴탈마스크, KF80, KF94 등으로 나뉜다.

 사용자는 야외활동이나 운동 등을 할 때는 여과효율은 약간 낮지만 숨쉬기 편한 텐탈마스크를 쓰고 오염도가 높은 곳이나 사람이 많은 실내에서는 KF94를 선택해 사용할 수 있지만 마스크를 종류별로 가지고 다니며 사용하는 것은 사실상 어렵다.

 연구팀은 이런 불편을 해소하기 위해 마스크의 핵심 부품인 필터의 성능이 주변 오염도나 사용자의 활동 상태에 따라 자동으로 조절되는 마스크를 고안했다.

 먼저 오염도가 낮은 야외에 있을 때나 운동 등으로 숨이 가쁠 때는 공기가 더 많이 통과할 수 있도록 해주는 공기 필터를 개발했다.

 전기방사 공정으로 제조한 탄력 있는 나노섬유로 된 이 공기 필터는 실험 결과 확장될 경우 통기성은 크게 높아지는 반면 여과효율은 약 6% 정도만 감소하는 것으로 나타났다.

 연구팀은 이어 공기 필터 주위에 오염도와 활동 상태에 따라 늘어나거나 줄어들면서 필터 크기를 조절하는 신축성 섬유를 배치했다. 신축성 섬유는 센서·에어펌프·마이크로 제어 칩 등으로 구성된 가벼운 소자에 연결된다. 

 소자는 외부 컴퓨터의 인공지능 알고리즘과 연결돼 오염도가 높은 곳에 있거나 운동 등으로 숨이 가빠지면 에어펌프를 통해 신축성 섬유를 늘리면서 필터의 미세구멍 크기를 확장한다.

 고 교수는 "실험 결과 깨끗한 공기 속에서 운동할 때는 오염도 높은 곳보다 필터 미세구멍이 조금 늘어나는 것으로 확인됐다"며 "인공지능 소프트웨어는 사용자의 호흡 특성을 학습, 마스크 성능을 조절할 수 있어 개인 맞춤형 마스크 개발에 활용될 수 있다"고 말했다.

 그는 이어 "마스크 하나로 덴탈마스크, KF80, KF94 마스크 기능을 구현하는 것이 가능하다는 것을 입증하는 프로토타이프 마스크"라며 "마스크를 더 작고, 더 가볍고, 덜 번거롭게 만들어 편리하게 사용할 수 있도록 후속 연구를 진행하고 있다"고 덧붙였다.