신체 활동이 만드는 전기 에너지로 근육 피로 풀고 디스플레이 켠다

중앙대·연세대 공동 연구진

국내 연구진이 인체에서 발생하는 전기장을 활용해 전기 자극과 디스플레이 작동을 가능케 하는 기술을 개발했다. 배터리와 전선처럼 사용자에게 불편함을 유발하는 부품이 없는 것이 가장 큰 장점이다./ACS 에너지 레터스

국내 연구진이 인체에서 만들어지는 정전기와 전기장을 활용해 근육의 피로를 풀고 디스플레이를 작동하는 기술을 개발했다. 배터리와 전선 없이도 무선으로 전기 에너지를 만들어 기존 기술이 갖고 있던 불편함을 개선했다.

이상민 중앙대 기계공학과 교수와 홍진기 연세대 화공생명공학과 교수가 이끄는 공동 연구진은 인체 전자기장을 이용해 전기 자극과 발전을 동시에 하는 기술을 개발했다고 17일 밝혔다.

전기 자극은 스마트 헬스케어에 사용되는 기술로 인체에 전극을 삽입하거나 화학물질을 사용하지 않더라도 세포를 활성화하는 방식으로 주목 받고 있다. 그러나 전기 자극으로 치료를 받기 위해서는 병원에 직접 방문해야 하고 이를 웨어러블 디바이스로 구현하면 배터리, 전선이 사용자의 불편함을 유발해 실용화에 어려움을 겪고 있다.

이를 극복하기 위해 인체에서 얻은 전기를 활용하는 ‘나노 발전기’ 기술 연구가 이뤄지고 있으나 여전히 발전기와 전선으로 인한 불편함은 해결하지 못하는 상황이다.

연구진은 스마트폰, 옷, 신발에서 발생하는 정전기를 활용해 별도의 발전기와 전선이 없어도 전기 자극을 할 수 있는 기술을 개발해 이런 문제를 해결했다. 정전기가 인체에 전달될 때 특정 부위에 집중되는 전기장을 활용하는 방식이다.

연구진은 전기장을 무선으로 수신해 전기 에너지를 만드는 전극을 설계하고 인체에 미치는 영향과 디스플레이의 작동 여부를 확인했다. 그 결과 전기장의 영향을 받은 근육 조직에서는 6.4%의 피로 감소 효과가 나타났다. 피부 바깥에서는 전기 에너지가 만들어져 1.5㎽ 수준의 전력을 요구하는 디스플레이의 작동도 가능했다.

연구진은 이번 연구 결과를 운동복과 양말처럼 일상에서 사용하는 제품에 적용하는 방법을 연구해 나갈 예정이다. 또 근육의 피로 회복뿐 아니라 상처 치료와 탈모를 비롯한 다양한 분야에 효과를 확인해 상용화에 나선다는 계획이다.

이상민 교수는 “전원 공급과 전기 배선이 필요한 기존 웨어러블 기술과 비침습적 전기 자극 치료의 한계를 동시에 해결해 상용화에 기여할 수 있을 것”이라며 “기술 표준화와 다양한 분야의 협력을 통해 대규모 임상 연구가 앞으로 필요할 것”이라고 말했다.

연구 결과는 국제 학술지 ‘ACS 에너지 레터스’에 지난달 9일 소개됐다.

참고자료

ACS Energy Letters, DOI: https://doi.org/10.1021/acsenergylett.3c00708

이번 연구에 참여한 연구진. 왼쪽부터 이상민 중앙대 기계공학과 교수, 홍진기 연세대 화공생명공학과 교수, 용형석 연세대 화공생명공학과 박사 후 연구원./한국연구재단

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