배터리 없는 헬스패치의 미래｜초저전력 양자 센서 칩이 만든 혁신

우리는 이제 더 이상 웨어러블 디바이스에 배터리가 ‘당연한’ 존재라고 느끼지 않아도 될 시대로 진입하고 있습니다.
의료 기술과 양자 기술의 융합이 새로운 돌파구를 만들고 있으며, 그 중심에는 바로 초저전력 양자 센서 칩이 있습니다.

이 기술은 극도로 낮은 전력 소모로도 신체의 생체 정보를 감지하고 측정할 수 있어, 궁극적으로 배터리 없는 헬스패치의 실현 가능성을 열어주고 있습니다.
이는 단순한 배터리 제거가 아니라, 디바이스의 무게와 두께를 줄이고 착용 편의성을 높이는 중요한 진보입니다.

최근 연구들은 초저전력 양자 센서 칩을 기반으로 한 무전원 시스템이 체온, 심박수, 호흡률, 피부전도도 같은 생체 신호를 실시간 측정하면서도 거의 전력을 소모하지 않는다는 것을 보여주고 있습니다.
이런 기술이 실제 배터리 없는 헬스패치 형태로 구현된다면, 고령자나 만성질환 환자들이 더 안전하고 편리하게 상태를 모니터링할 수 있는 시대가 도래할 것입니다.

특히 양자 센서 기술은 기존 센서보다 더 높은 민감도와 정밀도를 제공하며, 초저전력 설계가 결합되면서 데이터 측정의 질과 전력 효율성 간의 균형을 이룹니다.
이는 웨어러블 헬스케어 기기의 설계 패러다임을 완전히 바꾸는 변곡점이라 할 수 있습니다.

본 글에서는 초저전력 양자 센서 칩의 구조적 특성과 기술 원리, 그리고 실제로 배터리 없는 헬스패치로 구현될 수 있는 현재의 시도들, 미래 가능성에 대해 심층적으로 다루어보겠습니다.
또한, 의료와 일상생활에서 어떻게 활용될 수 있을지, 그 활용 사례도 함께 살펴보려 합니다.

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배터리 없는 헬스패치의 미래

1. 양자 센서 칩, 에너지를 최소화하는 방식은?

우리는 흔히 센서 기술을 전력 소모가 필요한 기술로 인식합니다. 특히 생체신호를 정밀하게 측정하고 실시간으로 데이터를 전송해야 하는 웨어러블 헬스 디바이스의 경우, 배터리 문제는 언제나 병목으로 작용해왔습니다. 그러나 초저전력 양자 센서 칩은 이 전통적인 한계를 근본적으로 바꾸고 있습니다. 전력의존적이었던 기존 센서 구조에서 벗어나, 양자역학의 원리를 활용해 전기적 작동 없이도 미세한 자극을 감지할 수 있는 기술로 진화하고 있는 것입니다.

핵심은 ‘양자 간섭(Quantum Interference)’과 ‘양자 터널링(Quantum Tunneling)’에 있습니다. 일반적인 센서는 자극이 있을 때 회로가 반응하며 전기적 신호를 만들어내는데, 이 과정에서 지속적인 전력 공급이 필요합니다. 반면, 초저전력 양자 센서 칩은 양자 상태 간의 섬세한 변화에 반응하며, 전자나 광자의 움직임만으로 정보를 읽어냅니다. 이로 인해 기본적인 구동 에너지가 거의 제로에 가깝고, 외부 자극이 가해졌을 때만 반응하는 ‘슬립 모드’와 유사한 구조를 가질 수 있습니다.

또 하나 주목할 점은 ‘에너지 하베스팅(Energy Harvesting)’과의 결합입니다. 최근에는 인간의 체열, 움직임, 땀 등의 생체 반응에서 미세 전류나 열에너지를 수확하여 센서의 구동 전력으로 사용하는 기술이 발전하고 있습니다. 초저전력 구조를 가진 양자 센서 칩은 이처럼 극소량의 에너지만으로도 작동 가능하기 때문에, 실질적으로 배터리 없는 헬스패치와 같은 무전원 장치로 구현할 수 있는 가능성이 매우 높습니다.

예를 들어, 체온은 하루 평균 36.5도 내외로 유지되는데, 이 체온에서 발생하는 미세한 열에너지를 칩 구조 내부의 열전소자를 통해 수확할 수 있습니다. 양자 센서 칩은 이 에너지를 활용해 심박, 피부전도도, 산소포화도 등 다양한 생체신호를 감지하는 데 사용할 수 있습니다. 자율적으로 작동하면서도 사용자의 피부에 밀착돼 있으니, 착용자는 전혀 불편함을 느끼지 않고도 실시간 건강 모니터링을 받을 수 있게 됩니다.

이러한 초저전력 양자 센서 칩의 기술 구조는 단지 헬스케어에 국한되지 않고, 환경 감지, 방사선 탐지, 산업안전 모니터링 등 여러 분야에서 응용 가능성이 있습니다. 하지만 그중에서도 가장 실제적이고 긴급한 수요가 있는 영역은 바로 웨어러블 헬스케어입니다. 특히 고령화 사회로 진입한 지금, 배터리 없는 헬스패치와 같은 초소형 센서는 만성질환자나 독거노인을 위한 의료 모니터링에 큰 가치를 가집니다. 실시간 데이터가 의료진에게 전송되고, 응급 상황을 조기에 감지할 수 있기 때문입니다.

정리하자면, 초저전력 양자 센서 칩은 기존의 전기적 회로 방식에서 벗어나 양자역학의 원리를 통해 전력 소모를 최소화하는 기술입니다.

그리고 이 기술은 다음과 같은 방식으로 에너지 사용을 극소화하고 있습니다:

• 양자 간섭 및 터널링 기반의 신호 감지: 회로 작동 없이 반응 가능
• 외부 자극 기반 반응 설계: 슬립모드와 유사한 에너지 대기 구조
• 생체 에너지 하베스팅 연계: 체온, 땀, 움직임 등을 전력으로 활용
• 데이터 전송 효율화: 신호처리 알고리즘 최적화로 통신 전력 최소화

이처럼 복합적 설계를 통해 극한의 에너지 효율을 실현하면서도 고성능 측정이 가능하다는 점에서, 배터리 없는 헬스패치의 근간 기술로써 양자 센서 칩이 주목받고 있는 것입니다.

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2. 배터리 없는 헬스패치, 왜 필요한가?

‘헬스케어 패치’라는 단어를 들으면 우리는 흔히 배터리 내장형 디바이스를 떠올립니다.
피부에 붙이고 생체신호를 측정하는 기기들은 대체로 배터리나 외부 전원이 필수입니다.
하지만 이는 사용성과 안전성 측면에서 여전히 큰 제약으로 작용하고 있습니다.

배터리 없는 헬스패치가 주목받는 이유는 단순히 ‘얇고 가벼워서’가 아닙니다.
그 핵심은 다음과 같은 세 가지 관점에서 분명해집니다.

 

 

1. 안전성 확보: 발열과 폭발 위험 제거

배터리를 내장한 소형 디바이스는 필연적으로 발열 문제를 안고 갑니다.
특히 리튬이온 배터리는 장시간 피부 접촉 시 화학 반응이나 누액, 고온에 의한 저온 화상 위험성을 동반합니다.
초저전력 양자 센서 칩을 탑재하면 이런 위험을 아예 제거할 수 있습니다.
전력 소모가 거의 없는 구조이기 때문에, 외부 배터리 없이도 작동이 가능하고, 이는 곧 ‘열이 발생하지 않는 웨어러블’이라는 새로운 가능성을 열어줍니다.

 

 

2. 사용 편의성: 무게와 부피 감소

배터리 없는 헬스패치는 구조적으로도 훨씬 간결합니다.
배터리가 차지하는 공간이 사라지면 전체 패치의 두께, 무게가 줄어들고, 장시간 피부 접착 시에도 이질감이 적습니다.
특히 수면 중 착용하거나, 노약자가 사용할 경우에는 이런 ‘신체 적응성’이 매우 중요한 요소가 됩니다.
이러한 구조는 마치 ‘의료용 테이프’처럼 가볍고 얇은 형태로 진화할 수 있으며, 이는 센서 기술이 일상 속에서 무리 없이 스며들 수 있는 기반이 됩니다.

 

 

3. 지속 가능성: 교체와 충전의 번거로움 해소

전통적인 헬스패치 제품은 일정 시간이 지나면 배터리 소모로 인해 기능을 잃게 됩니다.
그때마다 패치를 교체하거나 충전해야 하며, 이는 사용자 입장에서는 불편함이 아닐 수 없습니다.
특히 병원 외부에서 장기 모니터링을 해야 하는 만성질환자나 고령층의 경우, 관리의 지속성이 떨어지기 쉽습니다.
하지만 초저전력 양자 센서 칩이 탑재된 무전원 구조는 교체 주기를 사실상 ‘제로’로 만들 수 있습니다.
이는 장기적인 비용 절감 효과까지 가져다줍니다.

 

 

더 나아가, 배터리 없는 헬스패치는 감지된 정보를 무선으로 전송하는 데 있어서도 효율적인 통신 구조를 기반으로 설계됩니다.
전력을 거의 사용하지 않는 상태에서, 필요한 순간에만 데이터를 클라우드나 의료기관 서버로 전송함으로써, 실시간 진단이 가능해집니다.
여기에 AI 분석 시스템이 결합되면, 사용자는 단순히 패치를 붙이는 것만으로 자신의 건강 상태를 정기적으로 점검할 수 있게 되는 것입니다.

 

이처럼 배터리 없는 헬스패치는 단지 기술적 도전이 아니라, 다음과 같은 의료 혁신의 요구에 부합하는 솔루션입니다:

• 고위험 환자의 지속 모니터링
• 노약자와 장애인을 위한 비침습형 진단
• 의료 접근이 어려운 지역에서의 원격 진료 기반
• 수면 분석, 운동 모니터링, 스트레스 추적 등 일상 통합 건강관리

이 모든 혁신의 중심에는 바로 초저전력 양자 센서 칩이 있습니다.
전력 부담을 최소화하면서도 고정밀의 신호 감지가 가능하다는 점은, 헬스패치가 배터리에서 해방되는 길을 실현 가능하게 만든 결정적 이유입니다.

요약하자면, 배터리 없는 헬스패치는 단순한 형태의 변화가 아닌, 의료 기술의 진입 장벽을 낮추는 사회적, 기술적 전환의 결과입니다.
그 핵심 기반인 초저전력 양자 센서 칩의 기술적 진보가 이 전환을 견인하고 있다는 사실은, 헬스케어 패러다임의 흐름이 이제 본격적으로 ‘무전원 의료기기’로 향하고 있음을 보여줍니다.

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3. 양자센서 기반 헬스패치, 실제 사례는?

‘이론적으로 가능하다’는 말만으로는 기술이 시장에 도달할 수 없습니다.
특히 의료 기술은 현실 세계에서의 신뢰성과 검증이 무엇보다 중요합니다.
다행히도, 초저전력 양자 센서 칩을 활용한 헬스패치 기술은 이제 개념 수준을 넘어서 현실적인 프로토타입과 임상 실험 단계로 진입하고 있습니다.

 

 

MIT Media Lab: 체온과 호흡을 측정하는 양자 기반 패치

미국 MIT 미디어랩에서는 양자광학 기술을 활용한 헬스케어용 초저전력 센서 칩을 기반으로, 체온과 호흡률을 실시간으로 측정하는 패치를 개발했습니다.
이 장치는 광자 간섭 원리를 활용하여 피부의 미세한 온도 변화와 진동을 감지하고, 이를 정밀한 생체 데이터로 변환합니다.
놀라운 점은 그 전력 소모량이 100마이크로와트 미만이라는 것인데, 이는 기존 웨어러블 기기의 1/100 수준입니다.
이 연구진은 체온에 의한 미세한 열에너지를 활용한 자체 구동 메커니즘을 테스트 중이며, 실질적으로 배터리 없는 헬스패치를 구현하는 기반 기술로 주목받고 있습니다.

 

 

KAIST: 국내 연구진의 피부 밀착형 양자 센서 프로젝트

한국에서는 KAIST와 UNIST 공동 연구진이 초저전력 양자 센서 칩이 내장된 피부 부착형 고무센서를 개발했습니다.
이 센서는 피부에 부착되면 땀, 체온, 맥박 등의 정보를 실시간으로 수집하며, 별도의 배터리 없이 인체 발열을 전력으로 사용합니다.
센서 내부에는 그래핀 기반의 양자 터널링 소자가 탑재되어 있으며, 이 소자가 생체 신호에 따라 저항값을 변화시키는 방식으로 데이터를 수집합니다.
실제 임상에서 성인 남성 12명 대상으로 테스트한 결과, 평균 8시간 이상 배터리 없이 연속 측정이 가능하다는 데이터를 확보했습니다.

 

 

중국 Tsinghua University: 스마트 패브릭과의 통합

중국 칭화대에서는 양자 센서 칩을 섬유형 소재에 통합하는 기술을 통해, 웨어러블이 아닌 웨어러블 섬유의 형태로 접근하고 있습니다.
이 센서는 의류에 삽입되어 호흡률, 심장박동, 피부 온도 등을 측정하고, 블루투스를 통해 모바일 기기로 전송합니다.
흥미로운 점은 의류 내 마찰전기를 통해 자체적으로 전력을 생성하며, 완전히 독립된 동작이 가능하다는 점입니다.
이는 패치뿐 아니라 옷 자체가 의료기기가 될 수 있다는 가능성을 보여줍니다.
특히 이 연구는 ‘배터리 없는 헬스패치’의 개념을 확장시켜, 의료용 웨어러블 섬유라는 새로운 시장을 열고 있습니다.

 

 

 

이러한 사례들을 종합해보면, 초저전력 양자 센서 칩은 연구실을 넘어 실제 제품화와 시장 진입 단계로 진입하고 있다는 것을 알 수 있습니다.
무엇보다도 이 기술의 강점은 단순한 배터리 제거가 아니라, ‘인간의 생체 에너지를 이용하여, 인간의 생체 신호를 감지한다’는 폐쇄 루프 구조를 만든다는 점입니다.
즉, 생체가 센서의 에너지원이자 데이터원이 되는 구조로, 이는 궁극적으로 웨어러블 디바이스의 이상적 형태에 가깝습니다.

 

 

실현 가능한가? 그 가능성을 높이는 요인들

다음과 같은 요소들이 현실적인 제품 구현을 더욱 가속화하고 있습니다:

• 나노소재의 발전: 그래핀, 탄소나노튜브 등 양자 센서에 적합한 초고감도 소재 확보
• 회로 집적 기술 향상: 센서, 연산, 통신 모듈을 단일 칩에 통합 가능
• 무선 전력 전송 연구 병행: RF 수신형 소형 안테나를 통해 외부 전력을 수집
• AI 연계 분석 기술: 수집된 생체신호를 서버에서 실시간으로 진단하는 시스템

결국, 기술이 ‘이론적으로 가능하다’는 단계에서 ‘현실에서 작동한다’는 수준으로 넘어가기 위해서는 위와 같은 인프라와 시스템 개발이 병행되어야 합니다.
다행히 현재는 그 모든 기술 요소들이 빠르게 성숙하고 있으며, 조만간 상용 제품으로 배터리 없는 헬스패치가 본격 유통되는 날도 멀지 않아 보입니다.

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4. 미래의 헬스케어, 어디까지 진화할 수 있을까?

“건강관리”는 과거처럼 병원에서 주기적으로 받는 진료 중심의 패러다임에서, 이제는 일상 속에서 끊임없이 감지되고 분석되는 흐름으로 진화하고 있습니다.
이 흐름을 가능하게 만드는 기술의 핵심에는 단연 초저전력 양자 센서 칩이 있습니다.
이 칩이 기존 센서 기술보다 더 민감하게, 더 작게, 더 오래 작동할 수 있도록 만들면서, 헬스케어의 경계가 점차 무너지고 있습니다.

 

 

1. 언제 어디서나 작동하는 ‘항상 켜진’ 건강관리 시스템

기존의 웨어러블 기기들은 일정 시간이 지나면 배터리를 충전해야 하고, 사용자가 의식적으로 데이터를 체크해야 했습니다.
하지만 배터리 없는 헬스패치가 보편화된다면, 더 이상 우리가 어떤 기기를 착용하고 있는지조차 인식할 필요가 없어집니다.
피부 위에서 실시간으로 데이터를 측정하고, 필요한 순간에만 무선 전송하여 AI 시스템이 분석을 수행하는 구조.
이것은 사용자가 병원에 가지 않고도 '건강 상태의 변화를 자동으로 감지하고 대응하는 시대'를 가능하게 합니다.

 

 

2. 의료의 중심이 병원에서 생활로 이동한다

초저전력 양자 센서 칩 덕분에 센서의 크기와 두께가 획기적으로 줄어들게 되면서, 웨어러블 헬스케어 기술은 ‘삽입형’이나 ‘의류형’으로도 확장되고 있습니다.
이제는 단순히 패치 하나 붙이는 것을 넘어, 피부 밑에 센서를 심거나, 아예 속옷에 센서가 내장된 형태로 사용할 수도 있게 됩니다.
이러한 구조는 고혈압, 심장 질환, 당뇨와 같은 만성질환의 조기 감지 및 모니터링에 결정적인 역할을 할 수 있으며, 의료의 중심이 병원 진료실이 아니라 개인의 일상 공간이 되는 구조로 전환될 수 있습니다.

 

 

3. AI·빅데이터와 결합된 ‘예측 의료’의 시대

배터리 없는 헬스패치에서 수집된 방대한 생체 데이터는 AI 기반 예측 분석과 결합되면서, 전통적인 진단 방식을 넘어서는 ‘사전 경고 시스템’을 구현합니다.
예를 들어, 심박수와 피부온도 변화, 호흡 패턴이 비정상적으로 감지되면 AI는 이를 이상 신호로 판단하여 사용자에게 경고를 보낼 수 있습니다.
또한 병원이나 보호자에게도 자동으로 알림을 전송함으로써 응급 상황을 최소화하는 것이 가능합니다.

이러한 시스템은 다음과 같은 방식으로 미래 헬스케어를 재편할 것입니다:

• 예측 기반의 맞춤 건강관리
• 정기 검진 없이도 조기 질병 탐지 가능
• 자율적인 건강 데이터 분석 및 피드백 제공
• 고령자, 만성질환자, 신체장애인을 위한 비대면 케어 강화

 

 

4. 새로운 헬스케어 산업 생태계의 형성

이제 초저전력 양자 센서 칩 기반 기술은 의료기기 시장을 넘어서, 헬스케어 전반의 산업 구조를 재편하는 데까지 영향을 미치고 있습니다.
기존의 헬스케어 기업뿐 아니라, 섬유 기업, 반도체 기업, 통신 기업, 그리고 데이터 분석 회사까지 이 생태계에 진입하고 있습니다.
특히 ‘배터리 없는 헬스패치’는 기술 융합을 촉진시키며, 여러 산업이 협력해야만 구현 가능한 형태입니다.

예컨대, 헬스패치에 내장될 소형 안테나는 RF 통신 기업의 기술이 요구되며, AI 진단은 클라우드 기반의 헬스 데이터 플랫폼이 필요합니다.
이처럼 다학제적 협력은 앞으로 헬스케어 시장을 더 빠르게 진화시키는 핵심 동력이 될 것입니다.

 

 

 

요약하자면, 헬스케어의 미래는 단순한 디바이스의 발전을 넘어 인간 중심의 연결형 건강관리로 이동하고 있습니다.
그 전환을 가능하게 만드는 기술이 바로 초저전력 양자 센서 칩, 그리고 이를 기반으로 구현된 배터리 없는 헬스패치입니다.

우리는 이제 “건강을 관리하는 시대”에서 “건강이 스스로 관리되는 시대”로 향하고 있습니다.
그 중심에는 의료기기를 느끼지 못하게 만드는 초소형 센서 기술이 있고, 그 시작점은 피부 위의 작은 패치일 수 있습니다.

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이 글에서 우리는 초저전력 양자 센서 칩이라는 기술이 단순한 센서 개발을 넘어, 의료 기술 전반에 어떤 혁신을 가져오는지를 살펴보았습니다.
특히 이 칩이 배터리 없는 헬스패치로 어떻게 구현될 수 있는지, 그리고 그것이 왜 필요한지에 대한 기술적, 사회적, 실용적 이유를 구조적으로 정리해봤습니다.

 

첫째, 에너지를 최소화하는 설계 원리는 기존 센서 기술과의 가장 큰 차별점이었습니다.
양자 간섭이나 양자 터널링과 같은 현상을 기반으로 한 초민감 센서는, 외부 전력을 거의 소모하지 않고도 정밀한 생체신호를 감지할 수 있습니다.
게다가 체온이나 마찰, 움직임과 같은 인간 자체에서 발생하는 미세 에너지를 이용해 자가 구동되는 구조는, 배터리 없는 헬스패치의 실현 가능성을 획기적으로 높였습니다.

 

둘째, 이 기술이 왜 필요한지를 되짚어보면 그 중요성이 더 뚜렷해집니다.
배터리가 없다는 것은 단지 무게나 두께를 줄이는 데 그치지 않습니다.
피부에 직접 접촉하는 의료기기의 경우, 발열·누액·충전 문제는 사용자에게 치명적인 불편함이 될 수 있습니다.
반면, 초저전력 양자 센서 칩은 이러한 위험을 제거하고, 사용자에게 ‘있는 듯 없는 듯’한 헬스케어 경험을 제공합니다.

 

셋째, 이미 전 세계적으로 진행되고 있는 실제 사례들은 이 기술이 단지 개념이 아니라는 점을 증명합니다.
MIT, KAIST, 칭화대 등 유수의 연구기관과 스타트업이 이 분야에 뛰어들고 있으며, 각기 다른 방식으로 배터리 없는 헬스패치를 구현하고자 하는 실험이 활발하게 진행되고 있습니다.
이러한 흐름은 기술적 진보뿐 아니라 의료 산업 전반의 생태계 전환을 예고합니다.

 

넷째, 미래 헬스케어의 방향성 역시 이 기술과 맞닿아 있습니다.
건강관리는 점점 ‘일상화’되고 있습니다.
병원이라는 공간을 벗어나, 사용자 개개인의 일상에서 실시간으로 건강을 측정하고, 이상 징후가 발견되면 자동으로 대응할 수 있는 체계가 요구되고 있습니다.

 

이런 요구를 가장 현실적이고 인체친화적인 방식으로 구현할 수 있는 것이 바로 초저전력 양자 센서 칩을 기반으로 한 배터리 없는 헬스패치입니다.

개인적으로는 이 기술이 단순히 '웨어러블 기기의 진화'에만 그치지 않으리라 생각합니다.
우리가 건강이라는 개념을 어떻게 인식하느냐, 그리고 의료 서비스가 사회 전반에 어떻게 분산되느냐의 문제까지 연결된다고 봅니다.
특히 고령화, 만성질환의 증가, 그리고 1인 가구 시대의 도래는 비침습적이고 지속 가능한 헬스 모니터링 기술에 대한 수요를 급격히 늘리고 있습니다.
그에 대한 가장 현실적인 해답이 바로 이 기술에 담겨 있다고 느낍니다.

또한 기술이 인간 중심으로 진화하고 있다는 점에서 큰 감동을 받습니다.
예전의 기술은 인간이 적응해야 했습니다.
충전해야 했고, 사용법을 익혀야 했고, 착용의 불편함을 감수해야 했습니다.
하지만 이제는 기술이 인간에게 다가오고 있습니다.
우리의 체온, 호흡, 땀, 심장박동을 에너지원으로 삼고, 우리 몸에 밀착되어 아무것도 요구하지 않으면서 건강을 지켜줍니다.
그야말로 '기술의 인간화', 혹은 ‘보이지 않는 보호막’이 만들어지고 있다는 생각이 듭니다.

물론 아직 상용화까지는 넘어야 할 기술적 허들이 존재합니다.
양자 센서 칩의 양산 공정, 소재의 안정성, 통신 프로토콜의 경량화, 보안성 확보 등 다양한 과제가 남아 있습니다.
하지만 방향성은 분명합니다.
앞으로의 웨어러블 기술, 특히 의료기기 기술은 무전원, 무자극, 무장애의 흐름으로 나아갈 것입니다.
그리고 그 시작은 바로 배터리 없는 헬스패치이며, 그 심장에는 초저전력 양자 센서 칩이 자리하고 있습니다.

마지막으로, 이 기술이 앞으로 고령자뿐 아니라 영유아, 임산부, 신체장애인, 그리고 일상적으로 건강관리가 필요한 모든 사람들에게 더 나은 삶의 질을 제공해줄 수 있기를 기대합니다.
헬스케어의 미래가 이제 피부 위의 작은 패치 하나로 구현될 수 있다는 사실.
그 가능성 앞에서 기술과 인간이 다시 연결되고 있다는 점이, 가장 큰 희망이자 감동이 아닐까 합니다.