무전력·반영구 ‘산소 발생기’, 인류를 위한 프로토타입 선정

카이스트 산업디자인학과 배상민 교수팀이 디자인한 ‘옥시나이저(Oxynizer)’ 프로토타입이 제임스 다이슨 어워드 2024(James Dyson Award 2024)에서 세계 상위 20 리스트에 선정됐다. 또한, ‘인류를 위한 프로토타입(Prototypes for Humanity)’ 2024에서 상위 100 리스트에 선정돼, 오는 11월 두바이에서 전시를 앞두고 있다.

무전력 의료용 산소 발생기

배상민 교수팀이 개발한 ‘옥시나이저’는 전력 없이 산소를 발생시킬 수 있도록 디자인됐다. 산업디자인학과 대학원에서 ‘디자인 프로젝트’ 수업을 통해 개발된 연구 결과물이다. 주변에서 쉽게 구할 수 있는 자전거 공기 펌프를 활용, 산소를 만들어 환자에게 공급할 수 있는 장치다.

개발도상국 또는 긴급한 현장에서는 다양한 이유로 산소 공급이 필요한 일이 종종 발생한다. 전염성 호흡기 질환, 사고 및 재해 현장 등이 대표적이다. 하지만 산소 탱크나 전력 기반 산소 발생기와 같은 기존 산소 공급 장치는 높은 설치 및 유지 비용이 필요하기 때문에 사용하기 어려운 경우가 많다. 그 결과 종종 휴대용 산소통이나 소모성 산소 발생기 같은 대체 장비에 의존해야 한다. 

옥시나이저의 경우, 자전거 공기 펌프에 연결해 펌프질만 하면 즉각 산소를 생성할 수 있으므로 설치 및 유지 비용이 거의 없다. 옥시나이저에 연결할 수만 있다면 다른 공기 펌프로도 대체가 가능하므로 범용성도 높다. 가볍게 설계된 옥시나이저 본체와 공기 펌프, 연결을 위한 산소호스만 있으면 되기 때문에 휴대성도 뛰어나다.

반영구적으로 사용 가능

옥시나이저는 실리카겔과 제올라이트를 주 재료로 한 필터를 사용한다. 두 물질은 모두 ‘다공성 구조’를 가지고 있어, 특정 분자를 선택적으로 흡착할 수 있다. 흔히 제습제로 사용되는 실리카겔은 수분을 흡수하는 데 효과적이며, 사용 후 가열하여 재사용할 수 있다. 제올라이트는 기체에서 질소와 산소를 선택적으로 분리하는 데 효과가 있다. 이 때문에 주로 천연 가습기, 여과제 등으로 활용된다.

배상민 교수의 설명에 따르면, 펌프로 공기를 불어넣으면 필터에 의해 수증기와 질소가 분리되고, 최대 50% 농도의 산소를 즉각적으로 공급할 수 있다. 필터를 거치며 실리카겔이 수증기를 흡수하고, 제올라이트가 질소 분자를 선택적으로 흡착함으로써 산소 농도가 높은 기체를 남기는 원리다.

또한, 반영구적으로 사용할 수 있다는 점에서 경제성도 갖춰져 있다. 배상민 교수는 “120시간 사용 가능하며, 사용 후 필터를 가열하면 재사용이 가능하므로 반영구적으로 사용할 수 있다”라고 설명했다. 소모성 장비로 인해 발생할 수 있는 유지비용을 절감할 수 있는 것이다.

전 세계 우승후보 Top 20 선정

‘제임스 다이슨 어워드’는 다이슨(Dyson) 사의 창립자인 제임스 다이슨 경이 주관하는 디자인 어워드다. 전 세계 엔지니어와 디자이너들로부터 ‘일상적인 문제들을 해결하기 위한 아이디어’를 응모하도록 하고, 이 가운데 혁신적이고 우수한 디자인을 해마다 선정해 상을 수여한다.

옥시나이저는 국내 122개 팀과 경쟁, 올해 9월 국내전 우승작으로 선정됐다. 아이디어 고도화, 제품 개발 및 상용화를 위한 5천 파운드(한화 약 9백만 원)가 주어졌다. 또한, 금일(16일) 전 세계 우승 후보작 Top 20에 선정됐다. 약 29개국 1,911개 출품작 사이에서 약 95:1의 경쟁률을 뚫은 것이다. 

최종 우승작은 제임스 다이슨 경이 직접 선정하게 되며, 오는 11월 13일 발표 예정이다. 최종 우승작으로 선정될 경우 3만 파운드(한화 약 5천4백만 원)의 상금이 추가로 주어져, 아이디어를 상업화할 수 있는 기회를 얻게 된다.

‘인류를 위한 프로토타입’ 선정

아트 두바이 그룹(Art Dubai Group)에서 주최하는 ‘인류를 위한 프로토타입’은 글로벌 차원의 문제와 그 해결책에 대해 논의하는 국제 협력 프로젝트다. 두바이 미래재단, 두바이 문화예술청, 두바이 국제금융센터를 비롯해, 하버드 대학, 매사추세츠 공과대학 등 세계적으로 이름난 대학들이 참여하고 있다.

옥시나이저는 100개국 이상의 대학에서 출품한 3천여 개 경쟁작 중 ‘우수 사례작 100개’ 중 하나로 선정됐다. 전력 인프라 및 경제적 여건이 좋지 않은 지역에서 널리 활용할 수 있다는 점이 주요 포인트가 된 것으로 보인다.

지난 9월 11일 선정 공지됐으며, 오는 11월 17일부터 22일까지 개최 예정인 두바이 미래재단의 전시회에 공개될 예정이다. 전시회는 두바이 랜드마크 중 하나인 주메이라 에미레이트 타워(Jumeirah Emirates Tower)에서 열린다.

아트 두바이 그룹은 이번 전시 기간을 통해 100개 중 상위 5개를 선정한다. 상위 5개에 선정될 경우 총 상금 10만 달러(한화 약 1억3천만 원)가 주어진다.