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오사카공립대 등, 보행 중 진동으로 발전하는 소자 성능 90배 향상 기술

작성일
2022-11-14
조회수
595

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일본 오사카공립대학교(大阪公立大學) 등의 연구팀은 사람의 보행에서 발생하는 진동으로 발전하는 소자의 성능을 약 90배로 향상시키는 기술을 개발했다. 스마트워치 등의 웨어러블 단말기에 대한 응용을 목표로 한다. 오사카공립대학교의 요시무라 타케시(吉村武) 준교수는 “충전이 필요없는 웨어러블 단말기를 실현하는데 기여하는 성과”라고 설명했다.

보행의 움직임을 이용한 발전의 효율을 높이는 소자구조를 개발했다. 환경 중의 열이나 빛 등의 미세한 에너지로 발전하는 기술은 에너지 하베스팅(Energy Harvesting)이라고 불리며 모든 사물이 인터넷으로 연결되는 “IoT” 기기의 보급으로 주목을 받고 있다.

사람이 몸에 착용하고 다니는 전자기기는 사람의 운동 외에도 땀 등의 생리현상을 활용한 발전기술의 연구가 이루어지고 있다.

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▲ 이번 연구성과의 이미지. 사람의 보행운동에서 발생하는 진동을 이용한 발전성능을 약 90배로 확대하는데 성공했다.

오사카공립대학교와 효고현립대학교(兵庫懸立大學), 오사카산업기술연구소(大阪産業技術硏究所)의 연구팀은 압력으로 발전할 수 있는 가로세로 1cm 크기의 소자와 U자형 금속 스프링을 조합한 소자를 개발했다. 압력으로 발전하는 소자는 기계 등의 규칙적인 진동으로는 발전하기 쉽지만 사람이 보행할 때 팔이나 다리의 움직임과 같이 불규칙적인 진동으로는 에너지를 제대로 전기로 변환하기 어려웠다.

연구팀은 컴퓨터 시뮬레이션 등을 구사하여 순간적인 충격이 가해졌을 때의 에너지를 쌓아 서서히 발전할 수 있도록 소자를 설계했다.

소자 내부에 넣은 스프링과 외부의 U자형 스프링을 연계하여 동작시킨다. U자형 스프링이 없을 때보다 발전성능을 약 90배 향상시킬 수 있다는 사실을 확인했다.

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▲ 이번에 개발된 소자의 모식도와 실물 이미지(좌), 다양한 시간 폭의 충격력을 인가했을 때의 발전전력 비교(우)

이번 연구성과는 미국 학술지 “Applied Physics Letters”에 게재되었다. 앞으로 보행 시의 팔 등의 움직임에 따라 효율적으로 발전할 수 있도록 연구하고, 10년 내에 실용화를 목표로 한다. 차량의 타이어에 장착하면 공기압 등의 정보를 수집하는 센서의 전력원으로도 활용할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

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