[충남일보 김성현 기자] 국내 연구진이 사람의 체온에서 나오는 열로 전기를 만드는 열전(熱電)소자 개발에 성공했다.
한국전자통신연구원(ETRI)은 배터리를 쓰지 않고 사람의 체온만으로 LED 전광판에 글씨를 점등하는 전송실험에 성공했다고 15일 밝혔다.
ETRI는 사람의 신체 체온을 기반으로 전원을 공급하는 열전발전 복합모듈을 개발했다. 체온의 열에너지를 전기로 변환, 이를 증폭해 웨어러블 소자 전원으로 사용케 만든 것이다.
연구진은 소자의 출력을 기존 미국 연구진에 의해 발표된 20 마이크로 와트(㎼/㎠)를 약 1.5배 이상의 높여 35 ㎼/㎠로 달성했다. 연구진은 "소자 6개를 묶어 모듈화할 경우 최대 2~3 밀리 와트(㎽) 출력이 가능하다"며 "이 기술을 바로 상용화 할 수 있을 뿐더러 배터리처럼 1회용으로 쓰고 버리는 것이 아닌 사람 체온으로 지속적인 에너지 수확이 가능하다"라고 밝혔다.
연구진은 이 기술에 대한 출력실험도 완료했다. 연구진은 5cm x 11cm크기의 파스형태로 패치를 만들어 성인 속목에 패치 6개를 붙여 실험을 진행했다. 실험 결과, 배터리 없이 사람의 체온만으로 실제 LED 전광판에 ‘ETRI’라는 글씨를 선명하게 점등하는 전송실험에 성공했다.
ETRI는 이 기술의 핵심이 ▲열전소자 설계기술 ▲생체모사(模寫) 히트싱크 ▲전력관리 회로 등이라고 설명했다. 관련기술은 특허출원을 해 두었다.
열전소자 설계기술은 체온이 잘 전달되도록 열저항 매칭을 고려하면서 열전소자 설계를 하는 기술이다. 생체모사 히트싱크란 마치 사람 피부의 땀샘을 흉내 내어 체온을 발산하고 흡수하는 구조체 기술이다. 파스형태의 구조체를 피부에 붙였을 때 피부와 구조체간 온도차이가 발생하는데 이를 땀샘과 같은 구조로 만들어 에너지 효율을 극대화 시켰다. 기존 제품 대비 생체모사 히트싱크가 장착된 열전소자의 출력은 5배가 더 크다.
전력관리 회로는 낮은 전압에서도 효율이 80%이상 유지되며 충전이 가능한 전압으로 키워 변환시켜 주는 회로다. 체온을 통해 얻은 에너지를 효율적으로 사용하기 위해 필수적인 기술이다. 연구진은 기존에도 이와 유사한 기술이 있었지만, 상용화수준의 에너지 출력의 성과는 이번이 처음이라고 설명했다.
아울러 연구진은 나노 계층을 사용, 모듈이 피부에 닿는 부분이 자연스럽게 흡착될 수 있도록 건식 접착 방식을 적용했다. 모듈 외측은 쉽게 찢어지지 않도록 마이크로 계층을 사용했다. 즉 안정성과 편의성 모두를 잡기 위해 마이크로/나노 하이브리드 구조로 개발한 것이다.
연구진은 이 기술이 향후 체온이나 맥박 센서 등과 결합된 소자로 만들어져 데이터를 무선으로 수집도 가능해질 것으로 보고 있다. 이를 통해 영·유아, 환자의 모니터링이나 애완동물의 위치 모니터링 등에도 적용이 예상된다.
ETRI는 향후 이 기술을 더욱 고도화시키기로 하고 추가 연구를 진행 중이다.
연구 프로젝트의 리더인 ETRI 문승언 ICT소재연구그룹장은 “향후 본 시스템이 완성되면 웨어러블 소자나 사물인터넷 기기의 전원, 하드웨어 플랫폼 등으로 활용되어 디지털 헬스케어, 스마트 홈/시티 등 신개념 서비스가 가능할 것으로 보고 있다”고 말했다.
한편 이 기술은 과학기술정보통신부 선정, 2018년도 국가연구개발 우수성과중 기계소재분야 최우수성과로 선정됐다.
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