실리콘 웨어러블 기기의 편안함을 희생하지 않고 가스 투과성과 피부 접착력 사이의 균형을 맞추는 방법은 무엇일까요?

웨어러블 기기는 전자 장치가 제대로 작동하더라도 피부가 뜨거워지거나 습해지거나 자극을 받으면 실제 사용 환경에서 제 기능을 하지 못합니다. 훌륭한 디자인이라도 소재 선택이 너무 늦어 사용자의 신뢰를 잃는 경우를 많이 봤습니다.

통기성과 점착성의 균형을 맞추기 위해 저는 피부의 미세 환경을 먼저 고려한 다음, 가스와 수분 이동을 제어하는 실리콘 시스템을 선택하고, 땀, 유분, 반복적인 착용에도 견딜 수 있는 접착 전략을 결합합니다.

예전에는 접착 강도만 조절하면 편안함을 "해결"할 수 있다고 생각했습니다. 하지만 편안함은 시스템적인 문제라는 것을 알게 되었습니다. 편안함은 피부에서 시작해서 실리콘을 거쳐 접합면에서 끝납니다.

피부 미세환경이란 무엇이며, 착용하는 기기가 "통기성"이 좋은지 여부를 결정하는 데 어떤 역할을 할까요?

피부는 살아있는 조직으로 끊임없이 변화하기 때문에 착용하는 기기 아래에는 열이 집중되고 땀이 차기 쉽습니다. 표면이 밀폐되면 갇힌 열과 습기가 빠르게 위로 올라가 가려움증, 미끄러움, 심지어 통증까지 유발할 수 있습니다. 많은 사용자들이 기기 자체를 탓하지만, 실제 문제는 착용 부위의 미세한 환경 때문입니다.

피부 미세환경이란 기기와 피부 사이에 갇힌 열, 습기, 유분으로 이루어진 얇은 층을 말하며, 편안함, 미끄러움, 자극을 조절합니다.

제가 미기후를 살펴볼 때 가장 먼저 보는 것은...

웨어러블 기기 콘셉트를 검토할 때, 화학적인 측면을 논하기 전에 먼저 간단한 질문들을 던집니다.

• 어느 부위에 착용하며, 그 부위는 얼마나 땀이 많이 나는가요?
• 수분을 안팎으로 순환시키는 머리카락, 움직임 또는 굽힘이 있습니까?
• 해당 기기를 1시간 동안 착용합니까, 8시간 동안 착용합니까, 아니면 하루 종일 착용합니까?
• 해당 장치는 외부에서 물이 스며들지 않도록 밀봉 처리가 필요합니까?

위험을 조기에 파악하는 간단한 방법

저는 팀원들이 긴 회의 없이도 장단점을 파악할 수 있도록 간단한 매트릭스를 자주 사용합니다.

위험도가 높을 경우, 저는 "더 강력한 접착력"부터 시작하지 않습니다. 운송, 유연성, 그리고 인터페이스 디자인부터 고려합니다. 그러면 접착력을 제어하는 것이 훨씬 쉬워집니다.

어떤 실리콘 배합 방식이 웨어러블 기기의 가스 투과성을 변화시킬까요?

많은 사람들이 실리콘은 항상 통기성이 있다고 생각하지만, 실제로는 그렇지 않습니다. 실리콘은 다른 플라스틱에 비해 가스 투과성이 좋지만, 실제 투과성은 전체 배합과 두께에 따라 달라집니다. 부품이 두꺼우면 밀폐된 느낌이 들 수 있고, 배합에 충전제가 많이 첨가되면 투과성이 떨어질 수 있습니다. 표면을 처리하거나 코팅하면 투과성이 또 달라질 수 있습니다.

실리콘의 가스 투과성은 고분자 구조, 충전재 함량, 가교 밀도 및 두께에 의해 제어되므로 배합과 형상을 함께 선택해야 합니다.

기본 실리콘 시스템을 선택할 때 비교하는 사항은 다음과 같습니다.

저는 보통 최종 후보 명단을 비교합니다. 디자인, 자료, 품질 관리 등 모든 부서에서 통용될 수 있도록 언어를 간결하게 유지합니다.

제가 사용하는 실용적인 규칙

장시간 착용해야 하는 웨어러블 기기의 경우, 가능하면 실리콘 층을 얇게 만들되 구조적으로 보강합니다. 전체를 두껍게 만드는 것보다는 디자인에 보강재를 사용하거나 기하학적 구조를 활용하여 통기성을 확보하는 것이 더 효과적입니다. 두께가 두꺼워지면 통기성이 급격히 떨어지기 때문입니다.

웨어러블 기기에는 어떤 접착 시스템을 선택해야 할까요?

접착력은 웨어러블 기기 개발팀들이 가장 어려워하는 부분입니다. 강력한 접착력을 원하면서도 깔끔하게 제거할 수 있어야 하고, 땀에도 강해야 하지만 피부 자극은 최소화해야 합니다. 이러한 요구 사항들은 서로 상충되는 것이기에 완벽한 해답은 없다고 생각합니다.

저는 착용 시간, 제거 빈도, 피부 민감도를 고려하여 접착 시스템을 선택한 다음, 단순히 접착력만 높이는 것이 아니라 땀과 움직임에 맞춰 박리 및 마찰 성능을 조정합니다.

옵션 1: 의료용 감압 접착제(PSA)

의료용 PSA는 설계가 올바르면 신뢰할 수 있고 예측 가능할 수 있습니다.

• 다음과 같은 용도에 적합합니다: 일회용 패치, 장시간 착용, 손쉽게 제거 가능
• 장점: 안정적인 성능, 검증된 테스트 방법, 성숙한 공급망
• 위험: 필링 강도가 너무 높으면 피부가 벗겨질 수 있고, 시스템이 맞지 않으면 잔여물이 남을 수 있습니다.

옵션 2: 접착력 향상을 위한 표면 처리

표면 처리는 실리콘이 다른 층과 접착되어야 하거나 코팅이 잘 붙어야 할 때 도움이 될 수 있습니다.

• 용도: 실리콘과 필름 접착, 코팅 접착력 향상, 공정 제어
• 장점: 실리콘 함량을 변경하지 않고도 접착 강도를 높일 수 있습니다.
• 위험 요소: 처리 노화, 불균일한 처리, 그리고 디버깅하기 어려운 현장 오류

옵션 3: 재사용 가능한 압정 또는 "재접착" 시스템

재사용 가능한 접착제는 소비자용 웨어러블 기기에 매력적인 소재이지만, 제대로 된 테스트가 필요합니다.

• 다음과 같은 기기에 가장 적합합니다: 자주 탈부착해야 하는 기기
• 장점: 제대로 작동할 때 사용자 친화적인 동작
• 위험 요소: 땀과 피부 유분으로 인한 오염, 접착력의 빠른 저하, "불쾌한 느낌"“

제가 사용하는 간단한 의사결정표입니다.

또한 "강력함"이 항상 좋은 것은 아니라는 점을 스스로에게 상기시킵니다. 강력함은 피부 손상을 의미할 수 있습니다. 저는 안정적이고 예측 가능한 제모를 목표로 합니다. 그것이 종종 고객의 신뢰를 얻는 방법입니다.

땀과 피지는 시간이 지남에 따라 실리콘과 접착력에 어떤 변화를 일으키나요?

땀은 물에 염분이 섞인 것이고, 피부의 유분은 지질의 혼합물입니다. 이 둘이 함께 작용하면 마찰력이 변하고, 일부 층이 부드러워지며, 접착력이 떨어질 수 있습니다. 실리콘 자체가 화학적으로 안정적이라 하더라도, 접촉면은 문제가 될 수 있습니다. 저는 실험실 건조 테스트에서는 통과했지만 실제 사용 환경에서 접촉면이 미끄러워져 금방 고장 나는 웨어러블 기기를 본 적이 있습니다.

땀과 피지는 주로 마찰력을 변화시키고 접착제를 오염시켜 접착면을 손상시키므로, 건조한 조건뿐만 아니라 실제 습도, 염분, 기름에 노출시키는 조건에서도 테스트를 진행했습니다.

내가 주시하는 고장 모드는 무엇인가?

• 땀을 흘린 후에는 중심부 접촉은 괜찮아 보여도 가장자리가 들리는 현상이 나타납니다.
• 피부 표면이 윤활되어 움직이는 동안 미끄러짐
• 습기에 담근 후 접착제가 하얗게 변하거나 부드러워지는 현상
• 해당 부위가 습하고 따뜻한 상태로 유지되어 냄새가 축적됩니다.

화학뿐 아니라 설계를 통해 이러한 위험을 줄이는 방법은 무엇일까요?

• 모서리를 둥글게 처리하고 모서리 두께를 조절하여 벗겨내는 힘을 낮게 유지합니다.
• 굽힘 과정에서 응력이 집중되는 날카로운 모서리를 피합니다.
• 제품에 적합할 경우 통풍 경로와 미세 질감을 설계합니다.
• 하중이 분산되도록 접촉 면적을 충분히 넓게 유지합니다.

이러한 단계를 거치면 접착제 선택이 훨씬 간편해집니다. 접착력이 매우 강한 접착제를 사용할 필요가 없으므로 피부 자극 위험도 줄어듭니다.

장시간 착용해도 편안한 디자인을 위해서는 어떻게 해야 할까요? 그리고 어떤 인적 요소가 가장 중요할까요?

편안함은 단순히 부드러움만이 아닙니다. 열감, 습도감, 그리고 기기가 몸의 움직임에 따라 어떻게 움직이는지까지 모두 편안함에 영향을 미칩니다. 저는 사용자 피드백을 통해 이러한 점을 알게 되었는데, 그 피드백은 겉보기에는 "감정적인" 것처럼 보였지만 실제로는 신체적인 문제였습니다. 사람들은 착용감이 "답답하다"거나 "꽉 조인다"고 표현했습니다. 이는 대개 기기가 열을 가두거나 움직일 때 피부를 당기는 느낌을 의미합니다.

장시간 착용 시 편안함은 열 및 습도 관리, 움직임 중 피부 스트레스 최소화, 압박점을 피하는 구조에 달려 있으므로 저는 실리콘 부품을 인체공학적 요소로 간주합니다.

제가 진행하는 인적 요인 점검

• 압력 분포도: 가장자리 부근의 작은 고기압 영역을 찾습니다.
• 동작 확인: 실제 착용 위치에서 기기를 구부리고 비틀어 봅니다.
• 제거 동작: 저는 제가 어떻게 떼어내는지가 아니라 사용자들이 어떻게 떼어내는지를 관찰합니다.
• 피부 상태 확인: 30분 후에 붉은기를 확인하고, 더 오랜 시간이 지난 후에도 확인합니다.

나의 편안함 디자인 습관

저는 착용형 기기가 신체 움직임 방향에 따라 유연하게 움직이도록 노력합니다. 또한, 경도 차이를 최소화하려고 합니다. 한 부분이 딱딱하고 다음 부분이 부드러우면 피부는 경계면에서 스트레스를 받게 됩니다. 두꺼운 "입구"처럼 밀봉 역할을 하는 부분도 피합니다. 밀봉이 필요한 경우 전체 부위가 아닌 특정 부위에만 적용합니다.

착용형 실리콘 디자인의 통기성과 접착력을 가장 잘 입증하는 검증 방법은 무엇일까요?

제품 목표가 실제 착용이라면 테스트 계획도 실제 착용 환경과 유사해야 합니다. 저는 여전히 표준 테스트를 사용하지만, 거기서 멈추지 않습니다. 소재 데이터와 사용자 결과를 연결하는 테스트 스택을 구축합니다. 이를 통해 팀에 장단점을 명확하게 설명할 수 있고, 예상치 못한 문제 발생을 방지할 수 있습니다.

저는 실리콘 웨어러블 기기의 성능을 검증하기 위해 패치 테스트, 습도 조건에서의 박리 및 전단 테스트, 온도 및 땀 노출 조건에서의 신축성 테스트 등 다양한 테스트를 병행합니다. 단일 조건 테스트로는 인터페이스 결함을 파악하기 어렵기 때문입니다.

1) 패치 테스트 (피부 적합성)

저는 피부 자극 위험을 확인하기 위해 패치 테스트를 사용합니다. 또한 디자인 변형을 비교하는 데에도 사용합니다. 아주 작은 형태 변화라도 발적 정도에 영향을 미칠 수 있습니다. 테스트 시간과 위치, 제거 방법 등을 기록합니다.

2) 필링 강도 및 반복 제거

필링 강도는 단순히 한 가지 수치로만 평가할 수 없습니다. 습기에 담근 후와 땀에 노출된 후에도 측정합니다. 재사용 가능한 제품이라면 여러 번 바르고 제거한 후에도 측정합니다. 필링 강도뿐만 아니라 잔여물과 사용자의 느낌까지 기록합니다.

3) 스트레칭 사이클링 및 동작 시뮬레이션

웨어러블 기기는 구부러지기 마련입니다. 저는 예상되는 사용 패턴에 맞춰 늘리는 테스트를 진행합니다. 또한 실리콘의 연화성과 접착력이 열에 따라 변할 수 있기 때문에 온도와 습도 변화에 따른 테스트도 진행합니다.

4) 온도 및 습도 스트레스

고온다습한 환경에서 보관한 후 접착력을 다시 테스트합니다. 이는 일부 계면 처리 및 접착층이 시간이 지남에 따라 변할 수 있기 때문입니다. 노화는 제품이 출하될 때까지 눈에 띄지 않게 진행될 수 있습니다.

제가 좋아하는 기본적인 유효성 검사 맵입니다.

결론

저는 피부 미세환경을 먼저 고려한 후, 실리콘과 형태를 함께 선택하고 땀, 열, 움직임 속에서 인터페이스를 검증함으로써 가스 투과성과 피부 접착력의 균형을 맞춥니다.