DGIST, 운동 자세의 정확한 분석이 가능한 생체친화적 자가발전 센서 기술 개발

인체에 무해한 소재 활용한 고효율 압전 에너지 하베스팅 기술 개발

대구경북과학기술원(DGIST·총장 국양)은 김회준 로봇및기계전자공학과 교수·홍선기 화학물리학과 교수 공동 연구팀이 생체친화적인 페로브스카이트 소재를 활용한 고효율 압전 에너지 하베스팅 기술을 개발했다고 10일 밝혔다.

신체의 움직임과 같은 물리적인 에너지원을 전기 에너지로 전환시키는 압전 에너지 하베스팅 기술은 높은 에너지 효율과 다양한 소재로 활용이 가능해 차세대 에너지원으로 꼽힌다. 하지만 기존 압전 소재들은 대부분 인체에 유해한 납 성분을 포함하고 있다.

생체친화적인 페로브스카이트 소재를 활용한 고효율 압전 에너지 하베스팅 기술 개념도

연구팀은 인체에 적용 가능한 생체적합성 소재 중 우수한 압전성을 지닌 CTO 소재를 합성하고 이의 자세한 전기적, 물리적, 열적 특성을 분석했다. 또 압전 폴리머인 PVDF 소재와 혼합, 유연하고 외부 충격에 강인한 복합소재를 개발하는데 성공했다.

생체친화적 특성을 검증하기 위해 세포 생존율 테스트를 진행한 결과, 개발한 복합소재는 높은 생존율뿐 아니라 세포 번식력을 보여줘 인체에 적용해도 문제가 없음을 확인했다.

생체친화적 자가발전 센서 기술을 개발한 연구진. 오른쪽 위부터 반시계방향으로 김회준 교수, 홍선기 교수 및 연구진

개발한 압전 에너지 발전 소자는 최대 전압 20V, 전류 250nA를 달성해 전자계산기, 손목시계와 같은 소형 전자기기 전력원으로 활용할 수 있었다. 또 물체의 진동에서 발생하는 운동에너지를 수확해 자가발전 진동 센서로 활용 가능성도 검증했다.

김회준 교수는 “생체친화적 소재에도 우수한 압전 특성이 존재한다는 것을 증명했으며 이를 통해 기존 재료의 한계를 뛰어넘을 수 있다는 부분에 큰 의미가 있다”라며 “차세대 친환경 에너지원의 개발에 도전하고, 나아가 외부전력이 필요 없는 자가발전 센서 시스템 연구도 지속할 것이다.”라고 밝혔다.

한국연구재단 우수신진연구 및 DGIST 기본사업의 지원으로 이뤄진 이번 연구성과는 최근 에너지분야 세계적 과학 저널 '나노에너지(Nano Energy)'에 게재됐다.

대구=정재훈기자 jhoon@etnews.com