물-고체 마찰서 에너지 생성
강수량·하천 유속 등 모니터링
IoT 배터리 교체문제 해결 가능성
[아시아경제 김동표 기자]외부에서 전원을 공급하지 않아도 스스로 에너지를 발생시켜 해류의 흐름, 상하수도 유량 및 유속, 강수량 등을 모니터링하는 센서시스템이 개발됐다. 사물인터넷(IoT) 확산의 난제 중 하나였던 배터리 교체 문제가 영구적으로 해결될 가능성이 커졌다.
한국연구재단은 "배터리 없이 지속적으로 환경요소의 변화 양상을 실시간으로 관측, 분석, 표시할 수 있는 차세대 센서 플랫폼을 개발했다"고 밝혔다.
최재혁 교수(UNIST), 최원준 교수(고려대) 공동연구팀은 다양한 주변환경 중 물을 모니터링 대상으로 연구를 진행했다. 개발된 시스템은 배터리 등 외부전원의 사용 없이, 자체적으로 생성한 에너지만을 이용하여, 전기에너지의 발생 양상을 실시간으로 분석했다. 물의 움직임 정보(물결이 표면과 접촉하는 면적, 물결의 속도 등)를 역으로 분석, 산출해 외부에 시각적으로 전달해줄 수 있는 통합 플랫폼이다.
에너지 발생 방식은 고체 표면과 물의 접촉으로부터 전기 에너지를 발생시키기는 '마찰대전 나노발전기'에 기반한 방식을 사용했다. 이 연구에서 사용한 마찰대전 나노발전기는 물이 고체 표면에 접촉했을 때, 마찰전기로 인해 고체 표면에 분극이 생기고 물 분자의 극성이 분극에 동기화되어 전기적 평형이 깨지고 전자가 이동하는 원리로 에너지를 발생시키는 방식이다.
에너지를 저장하고, 데이터를 분석처리 하는 것은 상용 상보성 금속 산화막 반도체 (CMOS) 기반 집적회로로 제작해, 저비용 제품화가 가능하다. 분석된 정보는 이진수 코드를 표현하는 여러개의 LED를 통해 표시된다.
최원준·최재혁 교수팀은 "이 연구는 배터리 없이 스스로 생성한 에너지를 이용하여 물의 움직임을 지속적으로 모니터링할 수 있는 차세대 센서시스템을 개발한 것이다. 해류의 흐름, 하천 혹은 상?하수도에서의 유량 및 유속, 빗물의 흐름, 시간당 강수량, 액체의 유출 등을 지속적으로 관측하는 환경 센서, 산업 현장에서의 무전원 유체 모니터링 시스템 등에 적용될 수 있을 것으로 기대된다"고 말했다.
이 연구성과는 미래창조과학부·한국연구재단의 기초연구사업(개인연구), 교육부?한국연구재단 이공학개인기초연구지원사업의 지원으로 수행됐다. 에너지, 재료 분야의 국제학술지 나노 에너지 (Nano Energy) 3월 29일자에 게재됐다.
김동표 기자 letmein@asiae.co.kr
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