버려지는 미세진동 모아 전기로 쓴다

조인준 기자 / 기사승인 : 2024-03-27 16:31:19
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▲진동을 증폭시켜주는 메타물질 (사진=KRISS)


국내 연구진이 버려지는 미세진동을 모아 증폭시켜 전기로 사용하는 기술을 개발했다. 

한국표준과학연구원(KRISS)은 미세진동을 좁은 영역에 가두고 45배 이상 증폭시키는 메타물질을 개발했다고 27일 밝혔다.

버려지는 진동을 전기에너지로 변환하는 '에너지 하베스팅' 기술이다. 열, 빛, 진동의 형태로 분산되는 에너지를 전기에너지로 변환하는 이 기술은 언제 어디에나 존재하는 진동을 에너지원으로 이용할 수 있기 때문에 안정적이고 친환경적인 전력 생산이 가능하다. 이에 따라 장시간 일정한 수준의 전력을 공급해야 하는 사물인터넷(IoT) 센서와 혈압·혈당을 실시간 측정하는 웨어러블 의료기기의 차세대 전력원으로 주목받고 있다.

그러나 진동 에너지 하베스팅은 생산하는 전력량은 낮고 생산비용은 높아 실용성이 떨어지는 문제가 있다. 이에 연구팀은 물질 내부로 들어온 미세진동을 가두고 축적해 최대 45배 이상 증폭시키는 메타물질을 개발한 것이다. 이 메타물질은 성인 손바닥 면적 정도로 작고 얇은 평면 구조로 제작돼 진동이 발생하는 곳 어디든 쉽게 부착할 수 있다. 또 부착하는 대상의 구조에 맞춰 변형도 가능해 고층 빌딩·교량의 손상을 점검하는 진단 센서부터 건강상태 모니터링용 소형 바이오센서까지 적용할 수 있다.

연구진은 이 메타물질을 적용한 진동 에너지 하베스팅과 기존 에너지 하베스팅 기술을을 비교해보니 단위 면적당 전력 생산량이 4배 이상 차이나는 것으로 확인됐다.

KRISS 음향진동초음파측정그룹 이형진 선임연구원은 "이번 연구는 진동을 일시적으로 가두는 표면형 메타물질을 이용해 진동을 축적하고 증폭하는 데 성공한 세계 최초의 사례"라고 말했다.

KRISS 비파괴측정그룹 승홍민 선임연구원은"메타물질은 일반센서로 측정이 어려운 초미세 진동을 크게 증폭함으로써 차세대 고정밀·고민감도 센서 개발에도 활용될 수 있을 것"이라고 했다.

이번 연구결과는 국제학술지 '기계시스템과 신호처리'(Mechanical Systems and Signal Processing) 2월호에 게재됐다.

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