영국 잉글랜드 서머세트주에 소재한 배스대학교(University of Bath) 학생들로 구성된 연구팀이 만든 휴대용 수질 모니터(portable water quality monitor)는 전세계 지역사회의 안전한 수원을 신속하게 감지하고 지도를 만드는 데 도움을 줄 수 있다.

‘국경 없는 팀 배스 바이오디바이스(Team Bath Biodevices without Borders)’가 개발한 ‘오아시스(OASIS, On-site Aquatic Safety Inspection System)’ 장치는 혁신적인 수질 진단과 GPS 기술을 결합하여 신속한 수질 분석을 수행하고 그 결과를 글로벌 지도에 표시한다.

이 장치는 물에 담글 때 일련의 작은 전기화학 센서를 사용하여 염화물, 불소, 질산염을 포함한 다양한 오염 물질과 pH 수준, 온도 및 탁도(또는 투명도)를 감지하여 물의 질과 안전성을 결정한다.

그런 다음 기기에 결과가 표시되고 스마트폰이 연결되어 있으면 온라인으로 업로드하여 공유할 수 있다.

‘OASIS’는 On-site Aquatic Safety Inspection System(현장 수중 안전 점검 시스템)의 줄임말인 VIP(Virtual Integrated Project, 가상 통합 프로젝트) 그룹인 학생 팀에 의해 만들어졌다. 배스대학의 VIP팀은 모든 학년 그룹과 모든 대학교 분야의 학생들이 장기적인 실제 문제에 대해 직원들과 협력할 수 있도록 한다. 

이 팀은 최근 배스대학이 남아프리카 공화국의 스텔렌보쉬 대학교(Stellenbosch University)와 맺은 오랜 관계를 바탕으로 OASIS를 현장에서 테스트한 다음 안전한 물 소비와 모니터링을 가능하게 하기 위해 이 장치를 지역사회에 통합할 수 있는 방법을 탐구했다.

팀 리더인 알렉스 패럴(Alexz Farrall)은 “이 프로젝트가 학생들이 지구촌에 이익을 줄 수 있는 실용적인 기술을 기를 수 있도록 하는 동시에 오염된 수원에 대해 모를 수도 있는 사람들에게 정보를 주고 기회를 주는 것을 목표로 한다”고 말했다. 

패럴은 이어 “우리는 약간의 추가적인 개발로 물 안전과 물 부족에 정말로 영향을 미칠 수 있는 혁신적이고 정말로 사용 가능한 장치를 만들고 있다”고 덧붙였다.

그는 특히 “오아시스(OASIS)는 저렴한 센서를 사용하여 여러 화학물질 표시를 신속하게 감지할 수 있도록 하며, 그렇지 않으면 실험실에서 몇 시간이 걸릴 수도 있는 분석을 수행한다”라면서 “이 장치를 물에 잠글 때, 이 장치는 수원이 얼마나 깨끗하고 마실 수 있는지에 대한 피드백을 즉시 제공할 수 있으며,  GPS 기술과 결합되어 사용자가 수원이 얼마나 해롭거나 안전한지 인식하고 지역 사회와 공유할 수 있도록 힘을 부여할 수 있다”고 강조했다.

패럴은 또한 “이것은 물이 부족하거나 오염될 가능성이 있거나, 농업 작업이 수질에 상당히 빠른 변화를 일으킬 수 있는 지역에서 효과가 있을 수 있다. 그것은 위험을 즉시 감지하는 형태를 제공하거나 콜레라 발병과 같은 상황에 대해 제공할 수 있다”고 말했다.

오아시스 장치(OASIS device)

OASIS 장치는 일련의 전기화학 센서를 사용하여 작동한다. 이러한 센서가 물과 접촉하면 일련의 전기화학 반응이 시작되며, 이는 물 속 오염물질의 존재, 농도 및 종류에 영향을 받는다. 이러한 반응의 출력을 분석함으로써 장치는 다양한 정수 지표를 감지하고 정량화할 수 있다.

휴대용 물 센서가 이전에 개발되었지만, OASIS 장치의 차이점은 저렴한 가격과 혁신적인 기술 통합에 있다. 저렴하고 신뢰할 수 있는 센서를 설계하고 프로젝트를 오픈 소스(open-source)로 만듦으로써 배스대학의 VIP팀은 NGO와 협력하여 장치를 완전히 생산하고 그들이 운영하는 지역에서 사용할 수 있도록 하는 것을 목표로 하고 있다.

배스대학 전자전기공학부 선임 강사이자 생명공학 및 생물의학 기술을 위한 CBio센터(CBio Centre for Bioengineering & Biomedical Technologies) 회원인 데스피나 모슈(Despina Moschou) 박사가 팀의 학술이사이다.  그녀의 연구에는 ‘코로나19’를 포함한 다양한 상황을 감지하는 데 사용될 수 있는 ‘랩 온 칩(lab on chip)’장치를 포함한 유사하고 소형인 테스트 장비가 포함되어 있다.

모슈(Moschou) 박사는 “이 장치는 정교하며 간단하고 잠재적으로 매우 저렴한 방법으로 주요 글로벌 문제를 해결한다“라면서 “이 문제에 자신의 지식을 적용하고 기술을 구축하며 실제 문제 해결 방법을 찾기 위해 팀이 수행한 작업은 정말 인상적”이라고 말했다.

배스대학의 VIP팀의 리더인 알렉스 패럴(Alexz Farrall)은 “우리가 집중하고 있는 주요 문제 중 하나는 강력한 기능과 세부 사항과 함께 유용하고 사용 가능한 데이터 인프라를 제공하는 방법이다”라면서 “장기적으로는 다양한 부착물을 사용하여 센서가 모든 수도꼭지, 배관 또는 하천을 모니터링을 하도록 하여 인식을 높이고 발병이나 오염원을 보다 신속하게 파악할 수 있다”고 강조했다.

협업에 대한 향후 계획(Future plans for collaborations)

이 장치에 대한 작업은 2년 전 팀이 구성된 직후에 시작되었다. 배스대학에서 인간과 컴퓨터 상호작용 분야에서 석사 학위를 취득했으며 현재 새로운 정신건강 기술개발 분야에서 박사 과정을 밟고 있는 알렉스 패럴(Alexz Farrall)은 다음과 같이 설명한다. 

“우리는 그룹으로 모여 ‘우리의 관심을 집중해야 할 중요한 문제는 무엇이라고 생각하나요?’라고 묻는 그룹으로 함께 모였다. 물 부족은 전 세계에 퍼져 있으며 오염물질의 증가로 더 많은 사람들에게 영향을 미칠 문제이다. 우리는 모든 사람의 기본 인권과 일치하는 현재와 미래의 문제를 지원하고 싶었다“라고 말했다.

배스대학의 VIP팀의 다음 단계는 장치를 더욱 효율적이고 저렴하게 만들고 다양한 오염물질에 대해 더 높은 감도와 감지 기능을 추가하는 것이다. 또한 지역 주민들을 위한 수질 모니터링 일자리를 창출하고 플라스틱 폐기물로 건축 자재를 만드는 데 도움을 주는 등의 다른 프로젝트를 수행하는 것을 목표로 사회 경제적 문제를 해결하기 위한 잠재력을 탐구하는 것을 목표로 하고 있다.

팀 배스 바이오디바이스(Team Bath Biodecies)는 배스대학의 영향 가속 계정(Impact Acceleration Account)뿐만 아니라 대학의 전자전기공학과 및 디자인학부의 자금과 지원을 받고 있다.

바이오디바이스 팀은 산업 파트너 또는 추가 자금 지원자 및 후원자와 협력을 모색하여 기기를 생산하는 것을 목표로 하고 있다.

팀 배스 바이오디바이스의 구성원은 알렉즈 패럴(Alexz Farrall), 브린다 라닝가(Vrinda Raninga), 호르헤 팔롭 수아레스(Jorge Palop Suarez), 지안 루 헬스비(Jian Lu Helsby), 크리스 디그나디체(Cris Dignadice), 밍 리(Ming Lee), 타라 맥케나(Tara McKenna), 조던 도슨(Jordan Dawson), 알렉사 메샴(Alexa Mesham), 멜리사 미첼(Melissa Mitchell), 셰이 파텔(Shay Patel), 다니엘 라이트(Daniel Light), 조지 매들리(George Madeley), 조나단 퍼글리(Jonathan Pugsley), 그리고 제이미 워크맨(Jamie Workman)이다.

[원문보기]

Student-made water quality monitor can help isolated communities track safe water sources

Team Bath Biodevices without Borders' portable OASIS device combines miniature testing equipment with GPS to create safe water map

A portable water quality monitor created by a team of University of Bath students could help to rapidly detect and map safe water sources for communities around the world.

The OASIS device, created by Team Bath Biodevices without Borders, combines innovative water diagnostic and GPS technology to carry out rapid water quality analysis and plot the results to a global map.

When dipped in water, the device determines the quality and safety of the water by using a series of small electrochemical sensors to detect a range of contaminants, including chlorides, fluorides, and nitrates, as well as its pH level, temperature and turbidity (or clearness).

Results are then displayed on the device, and if a smartphone is connected, it can be uploaded and shared online.

The OASIS - short for On-site Aquatic Safety Inspection System - has been created by the student team, a Vertically Integrated Project (VIP) group. VIPs at Bath enable students from all year groups and across all University disciplines to collaborate with staff on long-term real-world issues.

The team recently drew on Bath’s longstanding links with South Africa‘s Stellenbosch University to field test the OASIS and then explore how the device could be integrated into local communities to enable safe water consumption and monitoring.

Team Leader Alexz Farrall says the project aims to inform and give opportunities to those who may be unaware of contaminated water sources, while enabling students to build practical skills that can benefit global communities. He adds: “We are creating an innovative and genuinely useable device that, with some further development, could really make an impact on water safety and water scarcity.

“The OASIS uses affordable sensors to enable rapid detection of several chemical markers, doing analysis that would otherwise take hours in a lab. When you submerge the device in water, it can instantly give feedback on how clean and drinkable a water source is. Combined with GPS technology, it can empower users to be aware of how harmful or safe a water source is and share it with their community.”

“This could work in areas where water is scarce, potentially contaminated, or where agricultural work can cause quite rapid changes to water quality. It can provide a form of immediate detection of risks, or for situations such as a Cholera outbreak.”

OASIS device

The OASIS device works by employing an array of electrochemical sensors. When these sensors come into contact with water, they initiate a series of electrochemical reactions, which are affected by the presence, concentration, and type of contaminants in the water. By analysing the output of these reactions, the device can detect and quantify various clean water indicators.

While portable water sensors have previously been developed, the OASIS device’s distinction lies in its affordability and innovative integration of technologies. By designing cheap and reliable sensors and making their project open-source, the team aims to work with NGOs to bring the device into full production and make it available in areas where they operate.

Dr Despina Moschou, Senior Lecturer in Bath’s Department of Electronic & Electrical Engineering and a member of the CBio Centre for Bioengineering & Biomedical Technologies, is the team’s academic director. Her research includes similar, compact testing equipment including ‘lab on chip’ devices that can be used to detect a range of conditions including Covid-19.

Dr Moschou says: “The device is sophisticated and addresses a major global problem in a simple and potentially very affordable way.

“The work the team has done to find out how to apply their knowledge to this problem, building their skills and real-world problem solving is truly impressive.”

Farrall adds: “One of the key issues we’re focusing on is how to provide a useful and usable data infrastructure alongside strong capability and detail.

“Longer-term, you could use different attachments to have the sensors monitor every tap, pipe, or river to increase awareness and more quickly determine outbreaks or contaminant sources.”

Future plans for collaborations

Work on the device started shortly after the formation of the team two years ago. Farrall, who completed a Master’s in Human-Computer Interaction at Bath and is currently working on a PhD in developing new mental health technology, explains: “We came together as a group, asking ‘what do we believe to be an important issue to focus our attention towards?’. Water scarcity reaches across the globe and is an issue that will affect more people as the rise of pollutants increases. We wanted to support current and future issues that align with everyone's basic human rights.”

Next up for the team is making the device more efficient and affordable and adding greater sensitivity and detection towards a range of contaminants. Additionally, they aim to explore its potential to address socio-economic challenges aiming to create water quality monitoring jobs for locals and in taking on other projects, such as helping to creating building materials from plastic waste.

Team Bath Biodevices has been backed with funding and support from the University’s Department of Electronic & Electrical Engineering and Faculty of Engineering & Design, as well as Bath’s Impact Acceleration Account.

The Biodevices team aims to bring their device to production by seeking collaborations with industrial partners or further funders and sponsors. Interested parties can contact the team at teambathbiodevices2324@groups.bath.ac.uk.

The members of Team Bath Biodevices are Alexz Farrall, Vrinda Raninga, Jorge Palop Suarez, Jian Lu Helsby, Cris Dignadice, Ming Lee, Tara McKenna, Jordan Dawson, Alexa Mesham, Melissa Mitchell, Shay Patel, Daniel Light, George Madeley, Jonathan Pugsley, and Jamie Workman.

[출처=배스대학교(University of Bath)(https://www.bath.ac.uk/announcements/student-made-water-quality-monitor-can-help-isolated-communities-track-safe-water-sources/) / 2023년 11월 7일]

[번역 = 배철민 편집국장 겸 글로벌물산업정보센터장]