고체 소자 기술 혁신으로 스마트 콘택트렌즈 구동 경쟁이 더욱 치열해지고 있다.

고체 소자 기술 혁신으로 스마트 콘택트렌즈 구동 경쟁이 더욱 치열해지고 있다.

Michael C. Anderson , May 1, 2026

ITEN의 200C 방전율 마이크로 배터리는 AR 전력 요구 사항을 충족하지만, 눈물 활성화 방식과 광전 변환 방식은 차세대 안구 장치에 대한 경쟁적인 비전을 제시합니다.

 

*  ITEN은 기존 리튬 이온 배터리보다 40~100배 빠른 200C의 방전율을 달성하여 콘택트렌즈 형태로 AR 기술에 필요한 순간적인 전력을 공급할 수 있습니다.
*  하이브리드 시스템은 태양광 전지와 깜빡임 감지 방식의 금속-공기 에너지 수확기를 결합하여 안정적인 3.3V에서 150µW의 출력을 제공합니다.
*  싱가포르 난양공과대학교(NTU)의 눈물 기반 배터리는 자연 눈물의 포도당 반응을 이용하며, 8시간 착용 시 80%까지 충전됩니다.

 

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[ XPANCEO와 ITEN이 공동 개발한 스마트 콘택트렌즈용 초소형 배터리 시제품. XPANCEO / ITEN ]

 

고체 소자 기술 혁신으로 스마트 콘택트렌즈 구동 경쟁이 더욱 치열해지고 있다.

Michael C. Anderson , May 1, 2026

ITEN의 200C 방전율 마이크로 배터리는 AR 전력 요구 사항을 충족하지만, 눈물 활성화 방식과 광전 변환 방식은 차세대 안구 장치에 대한 경쟁적인 비전을 제시합니다.

 

*  ITEN은 기존 리튬 이온 배터리보다 40~100배 빠른 200C의 방전율을 달성하여 콘택트렌즈 형태로 AR 기술에 필요한 순간적인 전력을 공급할 수 있습니다.
*  하이브리드 시스템은 태양광 전지와 깜빡임 감지 방식의 금속-공기 에너지 수확기를 결합하여 안정적인 3.3V에서 150µW의 출력을 제공합니다.
*  싱가포르 난양공과대학교(NTU)의 눈물 기반 배터리는 자연 눈물의 포도당 반응을 이용하며, 8시간 착용 시 80%까지 충전됩니다.

 

스마트 콘택트렌즈 분야를 선도하는 첨단 기술 기업 XPANCEO와 고체 에너지 저장 솔루션 전문 프랑스 기업 ITEN은 마이크로 배터리를 스마트 콘택트렌즈에 통합하는 개념 증명(proof of concept)을 개발했습니다.

 

이번 협력은 안구 착용 기기 분야에서 가장 어려운 과제 중 하나인, 사람의 눈에 직접 착용하는 기기에 안전하게 사용할 수 있을 만큼 초박형, 내구성, 안정성을 갖춘 에너지 저장 장치를 개발하는 데 성공했습니다.

스마트 콘택트렌즈는 착용형 컴퓨팅의 차세대 기술로, 착용자의 시야에 디지털 정보를 직접 겹쳐 보여주는 동시에 눈물 분석을 통해 건강 지표를 모니터링합니다. 

 

이러한 기기는 안경이나 헤드셋의 불편함 없이 내비게이션 안내부터 실시간 번역까지 증강 현실 경험을 제공하는 것을 목표로 하며, 동시에 의료 목적으로 혈당 수치와 같은 생체 지표를 추적합니다.

 

권력의 도전

 

XPANCEO는 증강 현실 및 건강 모니터링 기능을 갖춘 스마트 콘택트렌즈를 개발하고 있습니다. AR 안경이나 VR 헤드셋과 달리 콘택트렌즈는 1mm 미만의 초소형 크기에서 모든 기능을 구현해야 하며, 눈에 직접 안전하게 착용할 수 있어야 하므로 두께, 무게, 발열, 소재 선택에 있어 엄격한 제약이 따릅니다.

완전한 기능을 갖춘 스마트 콘택트렌즈는 각기 다른 작업에 필요한 전력 수준이 다릅니다. 생체 감지와 같은 초저전력 기능은 눈 깜빡임, 온도 차이, 눈물 반응 및 내장된 태양 전지에서 에너지를 포착하는 에너지 하베스팅 메커니즘을 통해 지원될 수 있습니다. 그러나 AR 이미지 투영과 같은 고에너지 기능은 지속적인 밀리와트급 전력을 필요로 하므로 고밀도 에너지 저장 장치가 필수적입니다.

 

[ XPANCEO 창립자인 로만 악셀로드와 발렌틴 볼코프. 사진 제공: XPANCEO ]

 

스마트 콘택트렌즈에 전력을 공급하는 것은 심장박동기처럼 단단한 티타늄 하우징에 리튬 배터리를 넣어 사용하는 이식형 의료기기에 전력을 공급하는 것보다 더 어렵습니다. 콘택트렌즈에는 그러한 차폐 장치를 넣을 공간이 없기 때문에 다른 안전 접근 방식이 필요합니다.

기존의 에너지 저장 솔루션 대부분은 부피가 너무 크고 불안정하여 부드럽고 곡선형이며 초박형인 콘택트렌즈에 안전하게 통합하기 어렵습니다. 리튬 이온 전지는 팽창, 누액 또는 과열될 수 있습니다. 액체 전해질 배터리는 정상 작동 중에도, 특히 초기 충방전 과정에서 수소를 방출하고 부피가 약간 팽창할 수 있습니다.

 

고체 상태 솔루션

 

고체 배터리는 누액, 팽창, 폭발 위험이 없어 유망한 솔루션입니다. 고장이 발생하더라도 시스템은 전원 공급을 중단하기만 하면 됩니다. 

ITEN의 기술은 초박형, 유연형 형태로 설계되어 소프트 콘택트렌즈 소재와 호환되면서도 AR 디스플레이 및 무선 연결에 필요한 높은 전력 밀도를 제공할 수 있습니다.

ITEN은 나노소재 제조 분야의 전문 기술을 활용하여 특허받은 메조다공성 구조(극도로 작고 정밀하게 제어된 기공 네트워크)를 가진 완전 세라믹 전극을 생산합니다. 이 구조는 전극의 표면적을 크게 증가시켜 기기가 더 높은 출력을 내고 더욱 효율적인 충전 및 방전을 가능하게 합니다.

최근 이 회사는 자사의 고체 배터리로 200C의 방전율을 달성했다고 발표했습니다. 기존 리튬 이온 배터리는 일반적으로 2C에서 5C의 방전율만 지원합니다. 40~100배 향상된 이 기술은 에너지 하베스터와 결합하여 "에너지 버퍼" 역할을 하며, 고출력 순간 전력 공급을 가능하게 합니다.

 

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[ XPANCEO와 ITEN 배터리 구동 스마트 콘택트렌즈 일러스트 ]

 

ITEN은 2025년 5월부터 고출력 밀도, 빠른 충전 속도, 안전성 및 신뢰성을 갖춘 고체 세라믹 마이크로 배터리를 양산해 왔습니다. 이번 협력 과정에서 엔지니어들은 다단계 캡슐화 공정, 동적으로 변화하는 무선 링크를 위한 전용 에너지 하베스터, 전자기적 및 기계적으로 밀도가 높은 렌즈 환경에서의 열 및 과전압 문제 등 핵심적인 통합 과제를 해결했습니다.

XPANCEO의 창립자이자 CTO인 발렌틴 볼코프 박사는 "스마트 콘택트렌즈 개발의 진정한 병목 현상은 전력 시스템이며, 이는 사소한 수정으로는 해결할 수 있는 문제가 아닙니다."라고 말합니다. "우리는 마이크로 스케일의 에너지 저장에 대한 완전히 새로운 접근 방식이 필요했습니다. 우리의 파트너십은 기존 기술을 적용하는 데 초점을 맞추는 것이 아니라, 공급망에서 아직 생산되지 않는 완전히 새로운 범주의 부품을 만드는 데 집중하고 있습니다."

 

대안적 접근법

 

ITEN과 XPANCEO는 고체 세라믹 마이크로 배터리를 연구해 왔지만, 다른 연구팀들은 근본적으로 다른 에너지 솔루션을 탐구하고 있습니다.

눈물로 충전되는 배터리 :

 

싱가포르 난양공과대학교(NTU) 과학자들이 눈물로 충전할 수 있는 초박형 배터리를 개발했습니다 . 이 배터리는 두께가 약 0.2mm에 불과하며, 가연성 리튬 이온 배터리 대신 생체 적합성 식염수를 사용합니다. 배터리 표면은 포도당으로 코팅되어 있으며, 눈물에 닿으면 포도당이 나트륨 및 염화 이온과 반응하여 전기를 생성합니다. 8시간 동안 화학적으로 충전하면 배터리 용량의 80%까지 충전되어 몇 시간 동안 렌즈에 전력을 공급할 수 있습니다.

"눈물 용액에는 포도당도 함유되어 있습니다. 즉, 콘택트렌즈를 착용하는 동안 눈물이 배터리를 충전할 수 있다는 뜻입니다."라고 이석우 부교수는 CNBC에 밝혔습니다. "눈물을 더 많이 흘릴수록 배터리 충전량도 늘어납니다." 

이 방식은 금속 전극과 유도 코일을 없애고, 시야를 가리지 않도록 렌즈 주변에 전극을 배치합니다. 이 기술은 고체 배터리와 동일한 안전 문제를 해결하지만, 세라믹 고체 배터리 구조 대신 나트륨 이온 화학을 이용합니다.

하이브리드 에너지 수확 시스템 : 

 

IEEE Spectrum에 따르면 연구진이 여러 에너지원을 결합한 이중 모드 전력 시스템을 개발했습니다. 한 연구팀은  유연한 실리콘 태양 전지와 눈 깜빡임으로 작동하는 금속-공기 수확기  로 구성된 하이브리드 장치에 대한 연구 결과를 학술지 Small 에 발표했습니다 . 

태양광 발전 부품은 폴리머로 캡슐화된 8개의 소형 결정질 실리콘 셀로 구성됩니다. 이 셀은 실내 조명 조건에서 42.4 µW/cm², 실외 조건에서 2.5 mW/cm²의 전력을 생산합니다. 금속-공기 부품은 눈물 전해질을 바이오 연료로 사용하여 깜빡임으로 활성화될 때 최대 1.3 mW/cm²의 전력 밀도를 갖는 펄스 전력을 생성합니다.

이 시스템은 11밀리패럿 슈퍼커패시터를 사용하는 전력 관리 회로를 통해 통합되며, 이 슈퍼커패시터는 안정적인 3.3V 출력에서 ​​약 150µW의 전력을 공급합니다. PubMed에 발표된 연구에 따르면 , 이 방식은 "지속적으로 전력을 생성하며 작동에 어떠한 외부 액세서리도 필요하지 않습니다."

다른 연구 그룹들은 콘택트렌즈에 적용할 수 있는 잉크젯 프린팅 방식의 유기 태양광 전지를 연구해 왔습니다. 루벤대학교(KU Leuven)의 한 연구팀은 생체 적합성과 기계적 유연성을 갖춘 박막 유기 태양광 전지를 개발하고 있는데 , "현재 마이크로칩은 수십 마이크로와트(µW)의 전력만 소비하며" 예상 시스템 수명은 단 몇 주에 불과하기 때문에 유기 태양광의 기존 단점이 이 응용 분야에서는 큰 제약이 되지 않는다고 지적합니다.

 

접근 방식 비교

 

각 접근 방식에는 뚜렷한 장단점이 있습니다. 눈물 에너지 활용 시스템과 하이브리드 에너지 수확 시스템은 외부 충전 인프라가 필요 없고 눈의 자연 환경을 활용합니다. 그러나 이러한 방식은 증강 현실 이미지 투영 및 고대역폭 무선 연결에 필요한 밀리와트 수준의 지속적인 전력을 공급하는 데 어려움을 겪을 수 있습니다.

ITEN의 200C 방전율을 자랑하는 고체 세라믹 마이크로 배터리는 짧은 시간 동안 높은 전력을 공급해야 하는 애플리케이션에 최적화된 것으로 보이며, 이는 AR 디스플레이에 필수적인 요소입니다. 이 배터리 기술을 에너지 하베스팅과 결합하면 하이브리드 아키텍처가 구현되어, 하베스팅은 기본 전력을 공급하고 배터리는 고부하 기능에 필요한 최대 전력을 제공합니다.

이번 개념 증명은 고체 에너지 저장 기술이 더 이상 실험실의 호기심거리가 아니라 차세대 웨어러블 기기에 통합될 수 있는 제조 가능한 기술임을 보여줍니다. 소형 고효율 고체 전지를 대량 생산할 수 있는 기업이 극히 드문 상황에서, ITEN의 대량 생산 능력은 공간 제약이 심하고 안전성이 필수적인 다양한 초소형 응용 분야, 특히 스마트 콘택트렌즈 산업의 발전을 위한 핵심 동력으로 자리매김하게 합니다.

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