일본산업뉴스요약

Start Up Innovation / Science
개 수준의 후각으로 암 탐지
NEC등, 후각 센서를 응용한 연구 추진

개의 후각처럼 높은 감도로 냄새 및 향을 탐지하는 ‘후각 센서’ 개발이 추진되면서 이에 대한 응용이 확대되고 있다. 후각 센서는 냄새의 기체 분자를 파악해 전자 신호로 변환하는 칩과 신호 패턴을 인공지능(AI)이 판별하는 기술로 만들어진 것이다. 식품, 환경 분야뿐만 아니라 사람의 내쉬는 숨 등을 통해 암을 조기 발견하는 연구도 시작되었다.

냄새는 수 백에서 수 천에 이르는 성분으로 이루어진 복잡한 혼합 기체로, 냄새 성분 분석에는 기체 크로마토그래피(Gas Chromatography) 등 비교적 큰 규모의 장치가 필요하다. 지금까지 후각 센서 개발은 시각과 청각 등 다른 감각 센서에 비해 뒤처져 있었다.

최근 물질∙재료연구기구의 요시카와(吉川) 그룹리더팀이 개발한 초소형 후각센서 ‘MSS(막(膜)형 표면응력센서)’가 주목 받고 있다. 세로 10mm, 가로 5.5mm의 칩 표면에 기체를 닿게 해 그 냄새를 높은 감도로 탐지할 수 있다.

칩 중앙부의 기판 위에는 다양한 재료로 만든 ‘감응막(感應膜)’이 도포되어 있다. 여기에 가스 분자가 흡착되면서 발생되는 힘으로 인해 기판의 형태가 미세하게 변형된다. 기판 주위는 힘이 가해지면 전기 저항이 변화하는 구조로 되어 있어 냄새의 종류에 따라 특유의 전압 변화 데이터를 수집할 수 있다.

-- NEC 등 참여 --
이러한 칩을 이용한 ‘MSS 후각 IoT 센서’의 개발 및 표준화를 목표로 2015년, 물질∙재료연구기구를 포함해 오사카대학, NEC, 스미토모세이카(住友精化), 교세라, 스위스의 현미경 제조사, 나노월드 등 6개 단체가 ‘MSS 얼라이언스’를 결성. 아사히카세이(旭化成)도 나중에 참가했다.

NEC는 전기 신호의 특징을 통해 냄새를 산출해내는 알고리즘 개발을 담당. 기계학습 등의 방법을 이용해 정밀도를 높이고 있다. 오사카대학은 측정 가스를 펌프를 이용해 흡인하지 않고 칩을 냄새의 발생 부분에 가까이 대는 것만으로 측정이 가능한 방법 개발을 추진하고 있다.

센서를 이용한 지금까지의 실증 실험에서는 술 냄새를 통해 알코올 도수를 추정하는데 성공했다. 또한 서양배의 숙성도를 냄새를 통해 정량적으로 측정하는 기술을 개발했다. 이 센서가 실용화된다면 과일에 바늘을 꽂아 측정하는 기존의 파괴 검사가 필요 없어질 것이다.

2017년 11월에는 후각 센서를 이용해 오픈된 형태로 유효성의 실증 실험을 시행하는 ‘MSS 포럼’이 발족되었다. 현재 30개 이상의 기업들이 참가. 올 11월부터 제 3차 모집이 시작되었다. 다양한 환경에서의 유효성 실증 실험을 추진해 “상용 단계로 이어지는 발판으로 만들고 싶다”(물질∙재료연구기구의 요시카와 그룹리더)라고 한다.

-- 내쉬는 숨으로 암 조기 발견 --
참가 기업들 가운데 판클은 ‘퍼스널 헬스케어’로의 응용을 계획. 내쉬는 숨의 냄새와 식생활 등 생활 습관의 관계에 대한 연구를 하고 있다. 실용화 단계에서는 스마트폰 등에 도입된 후각 센서에 입김을 부는 것만으로 건강 상태를 체크할 수 있게 될 가능성이 있다.

의료 분야로의 응용도 주목 받고 있다. 사람의 입김 및 소변 등의 냄새를 후각시스템으로 분석해 암을 조기 발견하는 연구에 대한 기대가 높아지고 있다. 물질∙재료연구기구는 일본의과대학, 이바라키(茨城)현립중앙병원, 쓰쿠바(築波)대학과 각각 협력해 암의 조기 진단 연구를 추진하고 있다.

이 가운데 일본의과대학 지바호쿠소(千葉北総)병원은 ‘암 탐지견’을 이용한 암 조기 발견 연구로 유명하다. 훈련 받은 탐지견이 100%에 가까운 확률로 조기 암 환자를 판별하는 것을 확인했다.

하지만 암 탐지견의 수는 한정되어 있어 대규모로 시행되는 암 검진에 이용하는 것은 어렵다. 고감도의 후각 센서가 암 탐지견의 역할을 한다면 전혀 새로운 암 검진이 가능하게 될 것이다.

연구를 추진하고 있는 미야시타(宮下) 지바호쿠소병원 부원장은 “암 탐지견은 모든 암에 공통되는 냄새와 유방암 등 개별적인 암 냄새를 구별할 수 있다. 후각센서도 이처럼 냄새를 구별할 수 있도록 하고 싶다”라고 말한다.

쓰쿠바대학 의학의료계의 사토(佐藤) 교수(호흡기 외과)는 폐암의 조기 발견에 후각 센서를 활용하는 연구를 추진하고 있다. 폐암 환자의 수술 전과 수술 후의 입김을 제공 받아 냄새를 비교, 폐암 특유의 특징을 찾아내는 연구를 하고 있다.

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