[첨단 헬로티]
일상생활에서 사용자의 체온을 전기로 변환해 웨어러블 소자가 배터리 없이 동작할 수 있는 길이 열리게 됐다.
국가과학기술연구회는 창의형 융합연구사업의 일환으로 사람의 체온을 이용한 에너지 변환연구 대비 5배 이상의 발전 출력을 내는 ‘착용형 열전발전 복합모듈’을 개발했다고 15일 밝혔다.
이 연구는 한국전자통신연구원(ETRI), 한국과학기술연구원(KIST), 한국화학연구원(KRICT)이 공동 연구를 통해 웨어러블 소자의 전원용으로 활용이 가능한 수준인 ‘체온 기반 열전발전 복합모듈’ 개발에 성공한 것이다.
공동 연구 기관 중 하나인 ETRI은 배터리를 쓰지 않고 사람 체온만을 활용, 팔목에 밴드형 파스처럼 붙여 에너지를 얻어 정보 표현하는데 성공했다고 밝혔다.
ETRI 연구진은 “소자의 출력을 기존 미국 연구진에 의해 발표된 20마이크로 와트(㎼/㎠)를 약 1.5배 이상의 높여 35 ㎼/㎠로 달성했다. 또한, 소자 6개를 묶어 모듈화할 경우 최대 2~3 밀리와트(㎽) 출력이 가능하다"고 말했다.
또한 “바로 상용화 할 수 있는 정도의 수준이며 배터리처럼 1회용으로 쓰고 버리는 것이 아닌 사람 체온으로 지속적인 에너지 수확이 가능하다”고 설명했다.
▲ 건식 밀착형 유연 구조체의 계층구조 이미지와 실제 사용된 구조체의 실물 사진
연구진은 이 기술이 향후 체온이나 맥박 센서 등과 결합된 소자로 만들어 데이터를 무선으로 수집도 가능해질 것으로 보고 있다. 이를 통해 영·유아 및 환자의 모니터링이나 애완동물의 위치 모니터링 등에도 적용이 기대되고 있다.
연구진은 “현재 5cm x 11cm크기의 파스형태로 패치를 만들었다. 성인 손목에 패치를 6개 붙여 전압을 증폭시켰더니 배터리 없이 사람의 체온만으로 실제 LED 전광판에 ‘ETRI’라는 글씨를 선명하게 점등하는 전송 실험에 성공했다”고 언급했다.
이어, "개발된 기술의 핵심은 ▲열전소자 설계기술 ▲생체모사(模寫) 히트싱크 히트싱크(Heat sink) ▲전력관리 회로 등이다. 관련 기술은 특허출원을 한 상태이다. 기존에도 이와 유사한 기술이 있었지만, 상용화수준의 에너지 출력의 성과는 이번이 처음"이라고 강조했다.
ETRI는 향후 이 기술을 더욱 고도화시키기로 하고 추가 연구를 진행 중이다.
이번 연구 프로젝트의 리더인 ETRI 문승언 ICT소재연구그룹장은 “향후 이 시스템이 완성되면 웨어러블 소자나 사물인터넷 기기의 전원, 하드웨어 플랫폼 등으로 활용해 디지털 헬스케어, 스마트 홈/시티 등 신개념 서비스가 가능할 것”이라고 전했다.
