< 수리과학과 김재경 교수 >
전 세계 현대인 가운데 80% 이상이 불규칙한 수면 습관을 갖고 있으며, 이는 건강 문제는 물론 일상 전반에 부정적인 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 이러한 상황에서 한국 연구진이 개발한 과거 수면 데이터의 분석을 넘어 ‘미래’를 위한 수면 건강 관리의 새로운 방향성을 제시하는 알고리즘 기술이 2025년 7월부터 최근 출시한 ‘갤럭시 워치8’ 등 삼성 갤럭시 워치를 통해 전 세계 사용자에게 공개되어 화제다. 이번 성과는 순수 수학 기반의 연구가 실제 산업 기술로 확장된 산학협력의 대표 사례로도 주목된다.
우리 대학 수리과학과 김재경 교수 연구팀(기초과학연구원(IBS)(원장 노도영) 의생명 수학 그룹 CI)이 개발한 개인 맞춤형 수면 가이드 알고리즘이 삼성전자와 협업을 통해 글로벌 사용자들에게 제공된다고 28일 밝혔다. 해당 알고리즘은 사용자의 수면 패턴을 분석해 최적의 취침 시간대를 제시하고, 규칙적인 수면 습관 유도와 일상 속 피로 회복을 돕는다.
이 기술은 수학적 모델링과 생체리듬 이론을 기반으로 개발된 수면 시간 추천 알고리즘으로, 과거 수면 데이터를 분석해 수면 압력과 생체시계를 함께 고려한다. 단순한 수면량 권고가 아니라 개개인에 따라서“밤 11시 10분에서 11시 40분 사이에 잠자리에 드는 것이 이상적입니다”와 같은 정량적이고 실천 가능한 ‘시간 창(time window)’을 제시하는 것이 특징이다.
기존의 스마트워치 수면 기능이 주로 “어젯밤 몇 시간을 잤는가”와 같은 과거 데이터 분석에 초점을 맞췄다면, 김재경 교수 연구팀의 수면 가이드 알고리즘은 수면의 ‘미래’를 설계한다는 점에서 차별화된다. 이는 마치 어제의 날씨만을 알려주는 것이 아니라, 내일의 날씨를 예보하며 우산을 챙기도록 안내하는 것과 같다.
사용자의 과거 수면 패턴을 분석해 축적된 수면 압력과 생체리듬 상태를 고려한 후, 오늘 밤 어떤 시간대에 잠자리에 들어야 내일 하루를 가장 상쾌하게 보낼 수 있는지를 제안한다.
< 미래형 수면 알고리즘 모식도 >
수면을 단순히 기록하고 평가하는 것이 아니라, 적극적으로 ‘더 나은 하루’를 위한 수면 전략을 제공한다는 점에서, 이번 알고리즘은 수면 건강 관리의 새로운 방향성을 제시하고 있다.
김재경 교수는 “그동안 수학 연구실 자체적으로 수면 건강 앱을 개발하며 3년 가까이 꾸준히 연구와 개선을 이어왔지만, 비전문 개발팀으로서 시행착오도 많았고 상용화까지는 쉽지 않았다. 우리가 개발한 수면 알고리즘을 직접 써보고 싶다는 문의도 정말 많았지만, 끝내 정식 출시로 연결해 드리지 못해 항상 죄송한 마음이 컸다. 이번에 KAIST 기술가치창출원 서문종 산학협력중점교수의 도움을 통해, 삼성전자와 협업하게 되어 연구팀은 폭넓게 현실 속 서비스로 구현될 수 있게 됐다”고 말했다.
이어 “논문과 수식 속에 머물던 수면 알고리즘이 이제는 실제 사용자들의 수면 습관을 개선하고 삶의 질을 높이는 데 직접 기여할 수 있다는 사실에 깊이 감사하고 뿌듯함을 느낀다”라고 소감을 전했다.
해당 알고리즘은 학계에서도 높은 관심을 받고 있다. 지난 6월 미국에서 열린 세계 최대 수면학회인 SLEEP 2025에서 김 교수의 알고리즘에 대한 강연은 핫 토픽스(Hot Topics)세션에 선정되었으며, 오는 9월 싱가포르에서 개최되는 World Sleep 2025학회에서도 소개될 예정이다.
김 교수는 현재 삼성서울병원 주은연 교수 연구팀과 협력하여 더 고도화된 수면 시간 추천 알고리즘을 개발 중이며, 수면 질환 예측 알고리즘 ‘SLEEPS’(Sleep-Math.com) 역시 공동 연구를 통해 공개한 바 있다. 또한, 연구실 자체 수면 앱의 상용화도 여전히 중단하지 않고 병행 중이며, 더 많은 사람들이 수학 기반의 수면 과학을 일상에서 활용할 수 있도록 하는 것을 목표로 하고 있다.
김 교수는 세계적인 수리과학자이자 수리생물학 분야의 권위자로, 2025년 한국인 최초로 미국 산업응용수학회(SIAM) 연례학회(SIAM Annual Meeting)에서 기조 강연을 맡았으며, 국제 최고 권위의 응용수학 저널인 SIAM Review의 한국인 최초 편집위원으로 위촉되었다. 이러한 학문적 성취는 국내 수학 연구의 국제적 위상을 높이며, 기초과학이 실질적인 사회적 기여로 이어질 수 있음을 보여주는 사례로 평가된다.
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연구 수면 무호흡증 실시간 진단 센서 개발
이산화탄소는 주요 호흡 대사 산물로서, 날숨 내 이산화탄소 농도의 지속적인 모니터링은 호흡·순환기계 질병을 조기 발견 및 진단하는 데 중요한 지표가 될 뿐만 아니라, 개인 운동 상태 모니터링 등에 폭넓게 사용될 수 있다. 우리 연구진이 마스크 내부에 부착하여 이산화탄소 농도를 정확히 측정하는데 성공했다. 우리 대학 전기및전자공학부 유승협 교수 연구팀이 실시간으로 안정적인 호흡 모니터링이 가능한 저전력 고속 웨어러블 이산화탄소 센서를 개발했다고 10일 밝혔다. 기존 비침습적 이산화탄소 센서는 부피가 크고 소비전력이 높다는 한계가 있었다. 특히 형광 분자를 이용한 광화학적 이산화탄소 센서는 소형화 및 경량화가 가능하다는 장점에도 불구하고, 염료 분자의 광 열화 현상으로 인해 장시간 안정적 사용이 어려워 웨어러블 헬스케어 센서로 사용되는 데 제약이 있었다. 광화학적 이산화탄소 센서는 형광 분자에서 방출되는 형광의 세기가 이산화탄소 농도에 따라 감소하는 점을 이용하
2025-02-10 -
연구 웨어러블 기기로 내일 기분 미리 안다
일기예보처럼 내일의 기분을 간단히 예측할 수 있게 됐다. 우리 대학 수리과학과 김재경 교수(기초과학연구원 수리 및 계산 과학 연구단 의생명 수학 그룹 CI) 연구팀은 이헌정 고려대 의대 교수팀과 공동으로 오늘의 수면 패턴을 기반으로 내일의 기분 삽화를 높은 정확도로 예측하는 기술을 개발했다. 기분 장애는 수면과 밀접한 관련이 있다. 가령, 장거리 비행으로 인한 시차, 계절에 따른 일출 시간 변화는 기분 장애 환자들의 기분 삽화 재발을 유도하는 대표적 요인이다. 그간 수면 데이터를 기반으로 기분 삽화를 예측하려는 시도가 다수 이뤄졌다. 하지만 기존 방법은 수면 패턴뿐만 아니라 걸음 수, 심박수, 전화사용 여부, GPS를 활용한 이동성 등 다양한 종류의 데이터가 필요해 수집 비용이 높고, 일상적 활용이 어렵다는 한계가 있었다. 연구진은 수면-각성 패턴 데이터만으로 기분 삽화를 예측할 수 있는 새로운 모델을 개발해 기존 한계를 극복했다. 수면-각성 패턴 데이터는 잠을 잔 시간과 깨
2024-11-25 -
행사 KAIST 첨단 연구의 체험·전시·제품을 짜릿하게 만나다
우리 대학이 4월 과학의 달을 맞아 첨단 연구성과를 체험형 전시 프로그램으로 구성해 시민과 소통에 나선다. 25일부터 28일까지 4일간 대전 엑스포 시민광장 및 과학공원 일대에서 열리는 '2024 대한민국 과학축제 & 과학기술대전'에 6개 연구팀 및 3개 창업기업이 참여해 기술을 선보인다. '과학 실험실' 구역에서는 수면·퍼스널 컬러·뇌구조 분야의 연구진이 체험형 전시로 관람객을 맞는다. 석현정 산업디자인학과 교수 연구팀은 인공지능 기반 퍼스널컬러 진단 서비스를 제공하는 '나의 퍼스널 컬러 찾기(The Authentic Color Play)' 부스를 설치한다. 방문객들은 현장에서 피부색 자동 측정 기술을 직접 체험해보고 개인 피부에 최적화된 색상을 추천받을 수 있다. 김재경 수리과학과 교수 연구팀은 방문객이 양질의 수면을 하고 있는지 3분 만에 알아볼 수 있는 '슬립스(SLEEPS)' 프로그램을 운영한다. 머신러닝 기반의 수면장애 예측 알고리즘을
2024-04-25 -
행사 ㈜이브자리와 수면 연구 MOU 체결
우리 대학이 24일 오후 대전 본원에서 ㈜이브자리(대표이사 윤종웅, 고춘홍)와 수면 연구 및 수면 기술 개발을 위한 MOU를 체결했다. 수면은 뇌에서 독성물질을 배출하고 몸의 항상성을 회복하는 데 중요한 역할을 한다. 불면증 및 수면무호흡증 등의 수면장애는 치매 등 뇌 질환을 일으키는 원인으로 지목되고 있으며, 과학기술로 숙면을 돕는 슬립테크(SleepTech) 수요도 날로 높아지고 있다. 2021년 북미의 슬립테크 시장 규모는 9조 원에 육박하는 것으로 평가되었으며, 연평균 17.6%가량 급성장해 2030년에는 약 23조 원에 이를 것으로 전망되고 있다. 구글 등 첨단 IT 회사들이 수면 및 건강용품 시장에 뛰어들고 있는 이유다. 우리대학과 ㈜이브자리는 이번 협약을 바탕으로 ▴수면 공동연구 지원 및 협력 ▴뇌인지 기반 수면장애 치료기술 공동개발 ▴상호인적자원 교류 및 교육 ▴수면 및 건강 관련 협력 및 제품개발 등 국민건강 증진을 위한 노력 등의 분야에서 협력한다.
2024-01-24 -
연구 혹시 나도 수면 질환? AI로 간단히 검사해 보세요
각종 장비를 몸에 부착한 채 병원에서 하룻밤을 보내야 하는 번거로운 검사 없이 웹사이트를 통해 간단히 수면 질환 위험도를 파악할 방법이 나왔다. 우리 대학 수리과학과 김재경 교수 연구팀이 삼성서울병원 주은연‧최수정 교수팀, 이화여대 서울병원 김지현 교수팀과 공동 연구를 통해 개발한 세 가지 수면 질환을 예측할 수 있는 알고리즘 ‘슬립스(SLEEPS‧SimpLe quEstionnairE Predicting Sleep disorders)’를 12일 공개했다. ‘잠이 보약’이라는 말처럼 수면은 정신적‧신체적 건강에 주요한 영향을 미친다. 성인의 60%가량이 수면 질환을 앓고 있지만, 관련하여 전문 의료진에게 문의한 비율은 6% 수준에 불과하다. 병원 방문을 꺼리는 원인 중 하나로는 수면 질환 진단을 받기 위해 시행하는 수면다원검사가 번거롭다는 이유가 있다. 공동연구진은 약 5,000명의 수면다원검사 결과를 기계 학습을 통해 학습시켜 수
2023-12-14