재난 상황에서 새로운 방식으로 링거를 주입하는 ‘골든캡슐’, 172개의 출품작 중 1등 차지

2023년 11월 20일~11월 22일 3일간 개최된 공학페스티벌에서 홍익대학교 디자인엔지니어링융합전공 채유진(산디), 백원(산디), 김대연(기계), 신영환(기계)으로 구성된 ‘포와이팀’이 창의적종합설계경진대회 부분에서 국무총리상(대상)을 수상하였다. 공학페스티벌은 산업통상자원부가 주최하고 한국산업기술진흥원과 공학교육혁신협의회가 주관한 대회로 전국 73개의 공과대학 공학교육혁신센터가 참가하였다. 본선은 각 팀별로 발표와 질의응답이 5분씩 구성되었으며, 총 172개의 출품작 중 본교 포와이팀의 작품이 1등을 차지했다. 

4번째 순서로 발표를 진행한 포와이팀의 출품작 ‘수액팩-골든캡슐’은 중력 원리가 아닌 풍선의 탄성력과 기압 차이를 이용한 새로운 형태의 무동력 응급용 수액주입장치이다. 포와이팀은 재난 현장에서 수액팩을 들고 환자를 이송하는 것의 위험성과 불편함에 주목하여 해당 장치에 대한 아이디어를 개발하였는데, 현장의 목소리를 듣기 위해 쓰촨성 지진 구조 현장에 참여했던 중국 의료진 3명과 국내 응급의학과 전문의 1명을 인터뷰하는 과정을 거쳤다. 이에 따라 포와이팀은 높이 차이에 상관없이 주입이 되어야 한다는 것과 그 과정에서 전기를 필요로 하지 않아야 한다는 두 가지의 디자인 목표를 가지고 골든캡슐을 개발했다. 이러한 목표를 달성하기 위한 첫 번째 발걸음으로 마시고 있던 음료수병을 개조한 간이 실험모델로 첫 실험에 성공하며 골든캡슐의 가능성을 검증했다. 이후 이를 고도화하여 진공 밀폐용기를 사용해 실험했다.

그 결과 골든캡슐은 환자를 재난 현장에서 임시치료소까지 이송하는 골든타임인 30분 이상 안정적인 주입이 가능함을 확인하였다. 또한 폴대를 활용한 기존의 방식과 유사성을 보이는 분출량 그래프를 통해 풍선의 탄성력을 사용하는 새로운 방식을 채택했음에도 사람의 몸에 무리가 가지 않을 것임을 판단하였다. 뿐만 아니라 제품 내부로 들어오는 공기 유입량을 조절하여 필요에 맞게 속도를 맞출 수 있으며, 응급 상황에서 가장 필요로 하는 속도인 Slow, Normal, Full-drip의 세 단계 속도가 명확히 구분됨을 보여주었다. 마지막으로 최대주입속도가 기존 수액팩과 비교해 150% 향상되었기 때문에 기존에는 의료진이 속도를 확보하기 위해 직접 수액팩을 손으로 짜는 등의 추가적인 인력이 필요하지 않음을 설명했다.

 발표 이후 질의응답에서는 첫 번째로 장치의 단가와 부피 문제의 해결 방법에 대한 질문이 있었다. 이에 대해 발표를 맡은 채유진 학생은 수액이 수익성보다는 공공성이 더 큰 분야이기 때문에 정부나 국가 기관의 투자를 기대해 볼 수 있다고 답변했다. 또한 기존의 수액 시스템과 달리 폴대, 레귤레이터와 같은 추가적인 장치를 필요로 하지 않으며 지속 가능하게 재사용이 가능하다는 점에서 부피와 유지 비용 면에서의 긍정적인 측면을 설명했다. 두 번째로는 수액이 주입된 이후 혈액의 역류 가능성에 대한 질문이 있었다. 이에 대해서는 역류가 우려되는 부분부터 위험 표시를 확인할 수 있는 그래픽을 장치에 설치하였으며, 링거 라인 중간에 역류를 방지하는 작은 부품을 넣는 방법을 설명했다.  

 한편 포와이팀은 제품 개발 과정에서 속도 조절 장치를 디자인하는 것의 어려움을 언급하기도 했다. 공기의 유량 조절로 속도를 조절하는 것이기 때문에 적절한 공기 유량 조절기가 필요했는데, 사용성이 간편하면서도 오염 문제가 없어야 했다며 의료진들이 기존에 사용하던 방법과 크게 달라지면 긴급한 상황에서 제품을 사용할 수 없게 되니, 의료진들에게 친숙하고 직관적인 방법으로 디자인하는 것도 중요했다고 말했다. 이어 기존 링거 속도를 조절할 때 쓰는 다양한 레귤레이터(속도 조절 장치)를 연구했고, 그중 롤러를 밀어 튜브를 압착시키는 방식에서 영감을 얻어 응용했다며 이 속도 조절 장치의 경우 현재 위치해 있는 곳보다는 골든 캡슐 전면에 위치하는 것이 사용자 입장에서 더 편리하기 때문에 현재 재설계 중인 프로토타입에는 수정된 버전으로 반영하고 있다고 덧붙였다.

포와이팀은 여러 전공을 통한 시너지로 개발 과정의 어려움을 극복했다. 포와이팀 4명은 모두 디자인 엔지니어링을 융합전공으로 공부하고 있으며, 디자인과 공학과 학생들로 구성된 덕에 각 분야 전문성을 발명품에 녹여낼 수 있었다. 채유진 학생은 기획 단계에서 팀원들에게 처음으로 이 디자인 컨셉을 제안했을 때 모두 반신반의했지만, 디자인과 공학의 융합을 공부해 왔기에 누구나 인정할 결과물을 선보이고 싶었다고 말했다. 또한 제품을 제작하는 데에 있어서 디자인과 엔지니어링은 모두 꼭 필요한 요소이며 제품을 세상에 탄생할 수 있게 해주는 본질적인 기능은 엔지니어링이 담당하지만, 결국 그 발명품이 인간의 삶에 스며들기 위해서는 디자인이 필요함을 강조했다.

포와이팀은 제품을 상용화할 계획으로 추가 연구 및 개선 작업을 진행 중이다. 지금까지 작동 원리에 대한 기술적인 검증을 완료했고, 의료진들을 대상으로 사용성 검증을 마친 상태다. 이를 바탕으로 개선점을 반영해 추가 연구와 임상시험을 진행할 예정이다. 또한 포와이팀은 발명품에 어떤 소재를 써야 할지, 단가는 어떻게 낮출 수 있을지 등 다방면으로 고민을 지속하고 있었다.

해당 장치와 아이디어를 뉴스로 접한 네티즌들은 “생명 존중에서 나온 천재적인 발상이다.”, “원리나 장치 자체보다도 이러한 수요를 발견한 안목이 진짜 능력이다.”, “자랑스럽고 미래가 밝다.”는 등의 호평을 보였다.

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온라인커뮤니케이션실 양승현 기자