시계 뒷면의 초록색 불빛만으로 사람의 심장 박동수를 측정하는 스마트워치 원리

Question

요즘 착용하는 스마트워치는 손목에 차고만 있어도 시계 뒤에서 초록색 빛이 반짝이던데요, 피부 피부 표면에 빛을 비추는 것만으로 어떻게 심장이 뛰는 속도를 알아내는지 궁금합니다

Answer 1

안녕하세요. 저도 스마트워치를 몇 년째 차고 다니면서 똑같은 게 궁금해서 한참 찾아본 적이 있는데요, 알고 보면 원리가 꽤 재미있습니다.

그 초록색 불빛은 광혈류측정, 영어로 PPG라고 부르는 방식입니다. 피가 빨갛게 보이는 이유가 빨간빛은 반사하고 초록빛은 흡수하기 때문인데요, 심장이 한 번 뛸 때마다 손목 혈관으로 피가 확 몰리면서 초록빛을 더 많이 흡수하고, 박동과 박동 사이에는 흡수량이 줄어듭니다. 시계 뒷면의 수광 센서가 이 반사광의 미세한 변화를 계속 읽어서 심박수로 환산하는 거죠.

신기한 건 속도인데요, 애플 공식 지원 문서를 보면 애플워치 기준으로 LED를 초당 수백 번씩 깜박이면서 측정한다고 나와 있습니다. 그 정도로 촘촘하게 읽으니까 분당 심박수를 거의 실시간으로 잡아낼 수 있는 겁니다.

참고로 초록불이 항상 켜져 있는 건 아닙니다. 가만히 있을 때는 배터리를 아끼려고 눈에 안 보이는 적외선으로 백그라운드 측정을 하다가, 운동 모드처럼 정확도가 필요한 순간에 초록 LED가 켜지는 식입니다. 가끔만 반짝이는 것처럼 보이는 이유가 이것 때문이에요.

제가 직접 써보면서 느낀 건, 빛을 읽는 원리다 보니 착용 상태에 영향을 꽤 받는다는 점입니다. 밴드를 헐렁하게 차면 틈으로 빛이 새서 값이 널뛰고, 겨울에 손이 차서 혈류가 줄었을 때나 문신이 있는 부위에서도 측정이 잘 안 됩니다. 저는 러닝할 때 심박이 이상하게 나오면 밴드를 한 칸 조이고 손목뼈에서 손가락 한 마디쯤 위로 올려 차는데, 그렇게 하면 확실히 안정적으로 나오더라고요.

정리하면 초록빛을 쏘고 반사되어 돌아오는 양의 변화를 초당 수백 번 읽어서 심장이 뛰는 리듬을 계산하는 방식입니다. 병원 심전도 같은 의료기기 수준은 아니지만 일상적인 심박 추적용으로는 충분히 쓸 만하니 재미있게 활용해 보세요.

Answer 2

스마트워치는 혈액 속 헤모글로빈이 초록색 빛을 잘 흡수하고 붉은색 빛을 반사하는 성질을 이용한 광용적맥파 측정법으로 심박수를 계산합니다 심장이 뛸 때마다 손목 혈관으로 피가 뿜어져 나오면 혈류량이 순간적으로 늘어나 초록색 빛을 더 많이 흡수하고 심장이 이완할 때는 혈류량이 줄어들어 빛 흡수량이 감소합니다 워치 뒷면의 센서는 이처럼 심장 박동 주기에 따라 미세하게 변하는 반사광의 양을 지속적으로 감지하여 데이터로 전환합니다 이렇게 측정된 빛의 변화 주기 패턴을 초당 횟수로 환산함으로써 실시간으로 정확한 심장 박동수를 산출해내는 원리입니다

Answer 3

초록색 빛이 혈액에 잘 흡수되어서 심장이 뛸 때마다 손목 혈관의 혈액량이 변함에 따라 반사되는 빛의 양이 달라지게 되는데, 그걸 센서로 감지해서 박동수를 측정한다고 합니다.