[아무Tech]아직도 '선'에서 벗어나지 못한 '무선충전'

[편집자주] 2020년부터 2년간 연재한 [생활속과학]에 급변하는 기술 분야까지 더해 [아무Tech]로 확대 개편합니다. 과학과 기술의 경계가 점점 흐려지고 있는 지금. 아무렇지 않게, 아무나 과학기술을 편하게 접근할 수 있도록 징검다리가 되겠습니다.

14일 오전 경기 고양시 덕양구 지축차량사업소 검수고에서 관계자가 서울 지하철 3호선 신조전동차를 소개하고 있다. 이날 서울교통공사는 지하철 5호선에 이어 3호선에도 새로운 전동차를 투입한다고 밝혔다. 새전동차에는 객실 CCTV와 휴대전화 무선 급속충전기, LED 내부조명을 설치됐으며, 6인석 좌석을 도입하고 한국장애인개발원의 BF(배리어 프리) 인증도 획득했다. 2022.2.14/뉴스1 ⓒ News1 황기선 기자

(서울=뉴스1) 김승준 기자 = 책상 위에서 점점 전선이 사라지고 있다. 블루투스 기술의 대중화로 선이 없는 이어폰, 마우스, 키보드는 쉽게 찾아볼 수 있다. 하지만 사라지지 않는 선이 있으니, 바로 '전원 케이블'이다.

무선충전 기능을 제공하는 스마트폰 등이 이미 상용화됐지만, 기계를 충전하는 케이블이 필요 없을 뿐 충전기에 들어가는 전원 케이블은 여전하다. 아울러 특정 위치에 기기를 올려놔야 원활히 충전되는 등 '접촉식 무선충전 기술'은 진정한 의미의 '케이블 해방'은 이뤄지지 않고 있다.

스마트폰 충전기와 같은 접촉식 무선충전 기술은 대부분 '전자기 유도 방식'을 사용한다. '전자기 유도'는 자기장이 변하면 주변 전선에 전류가 흐르고, 전류가 변하면 자기장이 변하는 자연 현상이다.

자기 유도 방식 충전기와 기계에는 각각 전선을 나선형으로 촘촘히 감아 만든 코일이 있다. 충전기의 코일에 시시각각 변화하는 전류가 흐르며 변화하는 자기장이 만들어진다. 이 변화하는 자기장의 영향으로 기계의 코일에 전류가 흐르며 배터리가 충전된다.

자기장의 변화가 클수록 유도되는 전기 에너지가 커지는데, 충전기에서 멀어질수록 자기장의 영향이 약해지기 때문에 충전효율이 급감한다. 또 충전기의 코일이 만들어내는 자기장의 모양 탓에 위치가 어긋나면 효율이 급격히 떨어진다.

현재 코일을 더 많이 넣고 위치가 조정되도록 하는 등의 기술을 통해 무선 충전 거리를 늘리려는 시도가 있다. 하지만 거리가 멀수록 약해지는 자기장의 특성 탓에 쉽게 거리를 늘리지 못하고 있다.

2일 서울 중구 대한상의에서 열린 규제샌드박스 2주년 성과보고회에서 이경학 워프솔루션 대표가 원거리 무선충전 솔루션을 소개하고 있다. 2021.2.2/뉴스1 ⓒ News1 오대일 기자

'자기 유도형 무선 충전'에 비해 먼 거리에서 여러 기계를 충전 가능한 '자기 공진(공명)형 무선 충전' 기술도 있다. 고유진동수가 같은 소리굽쇠 두 개가 한쪽이 진동하면 다른 쪽도 울리는 '공명 현상'과 비슷한 원리로 두 개의 코일이 공명하도록 만드는 것이다. 이 기술은 2007년 매사추세츠 공대 연구진에 의해 가능성이 증명됐지만 안정성과 효율 문제가 있어 상용화 연구가 이뤄지고 있다.

현재 또 다른 대안으로 개발 중인 기술은 RF 대역의 전자기파를 이용하는 것으로 수 미터 규모의 비접촉 전력 전송이 실현되었다. 이 기술은 전자기파가 도달한다면 충전이 가능해, 충전선에서 인류를 해방 시킬 기술 후보로 여겨지고 있다. 하지만 전송 효율과 인체 안전성에 대한 추가 연구가 필요한 것으로 여겨지고 있다.

국내에서는 '워프 솔루션'이라는 스타트업이 RF 기반 무선 충전 기술을 개발하고 있다. 2022년 라스베이거스 가전제품 박람회(CES 2022)에서는 RF 무선충전 마우스패드를 선보이기도 했다.

원거리 무선 충전 기술은 단순히 일상의 편의뿐 아니라 의료적 잠재력도 가지고 있다. 인공심장박동기와 같은 보조 전자기기는 현재 배터리 수명의 한계로 주기적으로 교체 수술이 필요하다. 무선 원거리 전력 전송 기술은 이러한 한계를 넘어서게 할 후보 기술로 여겨진다.

seungjun241@news1.kr