전력 소모 90% 줄인 초소형 전자코 개발

UNIST, 나노기술·AI로 정밀하게 가스 감지 성공

울산과학기술원(UNIST)의 신흥주 기계공학과 교수와 김재준 전기전자공학과 교수 공동 연구진이 나노공정과 딥러닝 기술을 결합해 가스의 종류와 농도를 정밀하게 측정할 수 있는 전자코를 개발했다./바이츠만 연구소

국내 연구진이 초저전력으로 작동하는 초소형 전자코를 개발했다. 전자코는 기체 성분을 감지하는 장치로, 공기 질을 점검하고 건강 진단, 식품 검사, 환경 보호와 같은 다양한 분야에 활용할 수 있을 전망이다.

울산과학기술원(UNIST) 신흥주 교수(기계공학과)와 김재준 교수(전기전자공학과) 공동 연구진은 나노공정과 인공지능(AI) 기술을 결합해 가스의 종류와 농도를 정밀하게 측정할 수 있는 전자코를 개발했다고 13일 밝혔다. 연구 결과는 국제 학술지 ‘스몰(Small)’과 ‘ACS 센서즈(Sensors)’에 각각 2022년 9월과 지난 6월 게재됐다.

이번에 개발한 전자코는 나노미터(㎚, 10억분의 1m) 단위 크기의 히터 기반 반도체 가스 센서를 사용했다. 히터는 10만 분의 1초 만에 섭씨 250도까지 가스를 가열하거나 상온으로 냉각해 센서가 원활하게 가스를 감지할 수 있도록 한다.

연구진은 센서를 작게 만들어 전자코의 전력 소모를 줄였다. 작동할 때만 전력을 공급하는 듀티 사이클링 기술을 도입해 전력 소모를 최대 90%까지 감소시켰다. 또 여러 센서가 필요하던 기존 전자코를 단일 센서로도 작동하도록 개선했다.

듀티 사이클링 기술을 이용하면 히터가 작동하고 중단되는 동안 센서가 가스에 대한 서로 다른 신호를 수집할 수 있다. 이렇게 수집한 이중 신호를 AI로 실시간 분석해 가스의 종류와 농도를 정확히 식별할 수 있도록 했다고 연구진은 설명했다.

연구진에 따르면 일반 센서는 고온에서 작동해 전력을 많이 소모하지만, 이번 센서는 200㎼(전력을 나타내는 단위, 100만분의 1W) 이하 초자전력으로도 작동했다.

신흥주 교수는 “기존 전자코의 한계를 단일 센서로 해결할 수 있게 됐다”며 “소형화가 필수적인 모바일이나 사물인터넷(IoT) 장치에 쉽게 적용할 수 있다”고 밝혔다. 김재준 교수는 “저전력으로 동작하는 초소형 가스 측정 장치를 구현할 수 있어, 실시간 무선 모니터링 시스템과 같은 다양한 응용 분야에 활용할 수 있을 것”이라고 설명했다.

참고 자료

Small(2022), DOI: https://doi.org/10.1002/smll.202204078

ACS sensors(2024), DOI: https://doi.org/10.1021/acssensors.4c00471

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