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충전기 없는 핸드폰 시대 오나?KRISS 김미소 연구팀, ‘에너지 하베스팅’ 시스템 개발
<KRISS 안전측정센터 연구팀이 ‘에너지 하베스팅’ 회의 후 활짝 웃고 있다. 왼쪽부터 최원재ㆍ김미소ㆍ박춘수 박사.>

3~4년내 핸드폰 자체 충전 시대 열린다.

한국표준과학연구원(KRISS) 김미소 박사 연구팀은 메타물질(Metamaterial : 자연계에 존재하지 않는 특성을 구현하기 위해 빛의 파장보다 매우 작은 크기로 만든 금속이나 유전물질로 설계된 메타 원자(Meta Atom)의 주기적인 배열로 이루어진 물질)을 에너지 하베스팅에 적용해 높은 전력을 생산하는 데 성공했다고 13일 밝혔다. 사물인터넷(IoT)과 웨어러블기기가 수혜를 받는다. 핸드폰도 그 대상 중 하나다.

이 연구로 고층 빌딩, 교량 등 접근이 어려운 구조물을 진단하는 IoT 센서의 전력 부족 상황을 예방할 수 있다. 에너지 하베스팅은 차량이 지나갈 때 발생하는 소음과 노면의 진동까지도 전력원이다. 스마트시티의 중점 과제 ‘멈추지 않는 센서’의 실현이다.
김미소 박사는 “3~4년 내 관련 상품 개발도 가능하다. 현재도 휴대전화를 켤 수 있다”며 “긴급상황이나 군인들에게 유용할 것”이라고 말했다.

KRISS 안전측정센터 연구팀이 메타 에너지 하베스팅을 실험하고 있다

연구팀은 고전적인 방식에서 벗어났다. 기존 에너지 하베스팅 방식은 빛, 열, 진동 등에서 에너지를 얻었다. 이 방식은 생산 전력량이 부족하다. 하지만, 김미소 연구팀은 에너지를 처음부터 대량 수집한다. 돋보기로 빛을 모아 종이를 태우는 원리와 같다. 그 결과, 에너지를 최적으로 접속할 수 있는 메타물질인 음향양자결정(Phononic Crysta, 응집물질물리학에서 결정 격자의 양자화된 진동을 나타내는 준입자)구조를 개발했다.

이 메타물질은 여러 곳에서 입력으로 돌아온 에너지를 한곳으로 수집하고 나가지 못하게 묶어둘 수 있다. 메타물질로 입력에너지를 접속하여 압전소자 기반의 에너지 하베스팅을 실행했다. 기존보다 22배가 넘는 고효율 전기 생산력이다.

김미소 박사는 “메타물질을 에너지 하베스팅에 접목해 센서와 같은 소자를 작동시킬 수 있는 밀리와트(mW)급 전력을 얻은 건 처음”이라며 “2022년까지 밀리와트를 얻는 것이 목표”라고 말했다.

에너지 하베스팅은 현재 IOT 센서의 전기 공급 수준이다. 하지만, 조만간 충전기 없이 핸드폰 충전이 가능할 전망이다.

이 연구는 국가과학기술연구회 창의형융합연구사업(CAP)의 지원을 받아 2017~2022년 5년간 진행한다. 예산은 매년 20억이 소요된다.

메타 에너지 하베스팅 시스템의 모식.

                                                        

최민철 기자  snews@s-news.kr

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