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프로젝트 배경

[1. 문제점]
기존의 생화학 및 체외 진단 분석 장비는 대부분 고가의 고정형 장비로, 실험실 환경에서만 운용이 가능했습니다. 이로 인해 다음과 같은 제약이 존재했습니다.
- 현장 진단(Point-of-Care)이 불가능하거나 비효율적임
- 시료 수집 후 외부 실험실로 이송하는 데 시간이 많이 소요됨
- 장비가 크고 복잡하여 비전문가가 사용하기 어려움
- 응급 상황이나 원격지에서는 신속한 분석 및 대응이 어려움

[2. 프로젝트 목표]
본 프로젝트는 이러한 문제를 해결하기 위해 다음을 목표로 진행되었습니다.
- Lab-on-a-Disk 기술을 기반으로 한 소형, 휴대형 분석기기 개발
- 원심분리, 레이저 분석, 서보 제어 등의 핵심 기능을 통합한 하드웨어 구현
- IoT 연동을 통해 사용자가 모바일 앱으로 기기를 제어하고 분석 데이터를 실시간 확인 가능하게 함
- 분석 정확도와 편의성을 확보하면서도 현장 활용이 가능한 장비 제작

[3. 주안점]
- 정밀한 시료 분리를 위한 고속 모터와 안정적인 제어 펌웨어 개발
- 분석 과정을 자동화하여 비전문가도 쉽게 사용할 수 있도록 구현
- BLE 통신과 모바일 앱 연동을 통해 사용자 접근성과 UX 향상
- 다양한 시료와 분석 프로토콜에 유연하게 대응할 수 있는 확장성 확보
- 향후 클라우드 기반 진단 플랫폼과의 연동 가능성을 고려한 아키텍처 설계

프로젝트 성과

휴대형 분석기기 구현

기존 고정형 분석 시스템 대비 소형화에 성공하여, 현장에서도 운용 가능한 휴대형 생화학 분석 기기를 구현함. LoaD 기술을 기반으로 고속 모터, 레이저, 서보모터 등 복합 요소를 집적한 통합 플랫폼 개발에 성공.

펌웨어-모터-센서 통합 제어 알고리즘 완성

회전 속도, 위치 보정, 레이저 분석 타이밍 등을 실시간으로 제어하는 펌웨어를 RTOS 기반으로 구축. 고속 회전 중에도 안정적인 데이터 수집과 분석이 가능함을 검증함.

IoT 연동 제어 시스템 구축

BLE 통신 모듈을 통해 모바일 앱으로 기기 제어 및 데이터 실시간 모니터링 가능. OTA 업데이트 기능도 구현하여 유지보수와 기능 개선의 효율성을 확보함.

사용자 친화형 모바일 앱 개발

기기의 복잡한 동작을 터치 기반으로 간편하게 제어할 수 있는 모바일 앱을 자체 설계. 분석 시작, 중단, 결과 확인 등 전체 흐름을 직관적으로 조작 가능하게 하여 비전문가도 사용 가능하게 개선.

현장 적용 가능성 입증

초기 필드 테스트에서 혈액·체액·환경 샘플 분석에 대한 기기 적용 가능성을 입증. 실험실 외 환경에서도 일정 수준 이상의 분석 정확도와 처리 속도를 달성하여 제품화 가능성 확보.

핵심 기능

고속 원심분리 기능

수천 RPM의 회전이 가능한 모터를 이용해 시료 내 성분을 분리하고 이동시키는 핵심 기능으로, LoaD 디스크 내 마이크로 채널을 따라 유체가 이동하도록 제어함.

광학 분석 기능 (레이저 기반)

특정 파장의 레이저를 시료에 조사하고, 반사 혹은 투과되는 빛을 센서로 감지하여 성분 농도나 반응 여부를 분석함. 흡광도 또는 형광 분석 방식 적용 가능.

정밀 제어 서보모터 시스템

디스크의 위치 정렬, 시료 주입 위치 조정, 분석 단계 이동 등을 위한 서보모터 구동 기능 포함. 분석 정확도와 자동화 수준을 높이기 위한 필수 요소.

IoT 연동 제어 (BLE)

BLE(Bluetooth Low Energy)를 활용해 모바일 앱과 실시간 연결되며, 기기 제어, 상태 확인, 분석 결과 수신, 펌웨어 업데이트까지 지원함.

모바일 앱 제어 및 시각화

분석 시작/중지, 현재 진행 단계 표시, 결과값 시각화 등 모든 기능을 사용자 친화적인 앱에서 간편하게 조작 가능. 비전문가도 사용할 수 있도록 UX 설계에 집중함.

진행 단계

기획

2019.07.

기존 분석 장비의 한계와 사용 환경을 조사하고, Lab-on-a-Disk 기술의 상용화 가능성을 검토함.
휴대성, 분석 정밀도, 사용자 편의성 확보를 핵심 목표로 설정하고 전체 아키텍처를 설계함.

디자인

2019.07.

기기 내부 구조(모터, 센서, 레이저 등)의 배치 및 하우징 설계 진행.
사용자 인터페이스(UI) 흐름과 모바일 앱 UX 구성 초안을 도출함.
정밀 기구 설계 및 시제품 외형 도출을 위한 3D CAD 작업 완료.

개발

2019.07.

고속 회전 모터, 서보모터, 레이저, 센서 제어를 위한 펌웨어 개발(RTOS 기반).
BLE 기반 IoT 통신 모듈 개발 및 모바일 앱 연동 기능 구현.
하드웨어 시제품 제작 및 펌웨어 연동 테스트 수행.

테스트

2019.08.

회전 안정성, 분석 정밀도, 통신 안정성 등을 중심으로 기능 테스트 및 검증 수행.
사용성 테스트를 통해 앱 UI/UX 개선사항 도출.
각 분석 단계별 오차율, 분석 속도 등을 수치화하여 기준 만족 여부 확인.

프로젝트 상세

[1. 프로젝트 개요]
이 프로젝트는 Lab-on-a-Disk(LoaD) 기술을 소형 기기에 구현하여 실험실 수준의 생화학 분석을 휴대 가능한 형태로 가능하게 한 사례입니다. 원심분리 기반 시료 분리 및 광학 분석을 포함하며, 모바일 앱과 연동되는 IoT 기능을 탑재하여 사용자가 현장에서 기기를 손쉽게 제어하고 결과를 확인할 수 있도록 설계되었습니다.

[2. 주요 개발 내용]

(1) 하드웨어 개발
- 고속 원심모터를 이용한 디스크 회전 및 시료 분리
- 서보모터 기반 정밀 위치 제어 기구 설계
- 레이저 모듈 및 광센서를 통한 시료 분석 기능 탑재
- 전체 시스템을 배터리로 구동 가능하도록 소형화

(2) 펌웨어 개발
- 고속 모터 및 레이저 제어를 위한 실시간 펌웨어 구성
- 시료 분석 단계를 순차적으로 자동 수행하는 알고리즘 개발
- 센서 및 모터 상태 정보를 모바일 앱으로 전송
- RTOS 기반으로 설계되어 복잡한 작업도 안정적으로 수행 가능

(3) IoT 기능 및 모바일 연동
- BLE(블루투스 저전력) 통신을 통해 모바일 앱에서 기기를 제어
- 분석 시작/중지, 상태 확인, 결과 확인 기능 제공
- OTA 펌웨어 업데이트 기능 탑재
- 향후 클라우드 연계(AWS IoT, Matter 등)도 고려한 구조

[3. 기대 효과 및 적용 분야]
- 휴대 가능: 실험실 외 현장에서 분석 가능
- 분석 시간 단축: 기존 대비 빠른 시료 처리
- 사용자 편의성: 앱을 통한 손쉬운 제어 및 데이터 확인
- 높은 신뢰도: 고정밀 모터 및 센서 기반의 분석
- 활용 분야: 혈액 검사, 체액 분석, 환경 시료 측정, 현장 진단 등

[4. 참고 링크]
자세한 기술 개요 및 제품 정보는 아래 링크를 참고해 주세요.
http://theload.co.kr/bbs/content.php?co_id=loa