배터리 없이 스스로 작동하는 환경센서 시스템 개발

물방울의 움직임을 분석하는 Self-sustaining 센서 플랫폼의 구성도.

 

아주경제 정하균 기자 = 외부에서 전원을 공급하지 않아도 스스로 주변 환경 변화를 모니터링하여 정보를 제공해 주는 센서시스템이 개발돼 주목된다.

한국연구재단(이사장 조무제)은 배터리 없이 지속적으로 환경요소의 변화 양상을 실시간으로 관측, 분석, 표시할 수 있는 차세대 센서 플랫폼을 개발했다고 16일 밝혔다.

미래 사물인터넷(IoT) 시스템 핵심 부품의 가장 큰 장애요소인 배터리 교체 문제를 해결할 가능성이 제시된 것.

센서 플랫폼은 다양한 센서의 구동에 범용적으로 사용할 수 있는 하드웨어 장치다.

최재혁 교수(UNIST), 최원준 교수(고려대) 공동연구팀은 다양한 주변환경 중 물을 모니터링 대상으로 연구를 추진했다. 개발된 시스템은 배터리 등 외부전원의 사용 없이, 자체적으로 생성한 에너지만을 이용해 전기에너지의 발생 양상을 실시간으로 분석한다.

이를 통해 물의 움직임 정보(물결이 표면과 접촉하는 면적, 물결의 속도 등)를 역으로 분석, 산출해 외부에 시각적으로 전달해줄 수 있는 통합 플랫폼이라고 연구팀은 설명했다.

에너지 발생 방식은 고체 표면과 물의 접촉으로부터 전기 에너지를 발생시키기는 마찰대전 나노발전기에 기반한 방식을 사용했다.

이 연구에서 사용한 마찰대전 나노발전기는 물이 고체 표면에 접촉했을 때 마찰전기로 인해 고체 표면에 분극이 생기고 물 분자의 극성이 분극에 동기화돼 전기적 평형이 깨지고 전자가 이동하는 원리로 에너지를 발생시키는 방식이다.

에너지를 저장하고, 데이터를 분석처리 하는 것은 상용 상보성 금속 산화막 반도체 기반 집적회로로 제작, 저비용 제품화가 가능하도록 했다. 분석된 정보는 이진수 코드를 표현하는 복수개의 LED를 통해 표시된다.

최원준·최재혁 교수팀은 "이 연구는 배터리 없이 스스로 생성한 에너지를 이용해 물의 움직임을 지속적으로 모니터링할 수 있는 차세대 센서시스템을 개발한 것"이라며 "산업 현장에서의 무전원 유체 모니터링 시스템 등에 적용될 수 있을 것으로 기대된다"고 연구의 의의를 설명했다.

이 연구성과는 미래창조과학부·한국연구재단의 기초연구사업(개인연구), 교육부·한국연구재단 이공학개인기초연구지원사업의 지원으로 이뤄졌다.

에너지, 재료 분야의 국제학술지 나노 에너지 3월 29일자에 게재됐다.