최재혁 UNIST교수팀, 무전원 자가구동 센서시스템 개발

물방울 압축 주기와 강도에 따른 무전원 자가구동 센서 플랫폼의 LED 출력 신호 이미지.
물방울 압축 주기와 강도에 따른 무전원 자가구동 센서 플랫폼의 LED 출력 신호 이미지.

해류, 빗물 등 자연 현상을 에너지원으로 이용해 주변 정보를 파악하는 첨단 센서 기술이 개발됐다.

최재혁 울산과학기술원(UNIST) 교수와 최원준 고려대 교수 공동 연구팀(이하 최 교수팀)은 물과 특정 물체 간 표면 접촉 현상을 전기 에너지로 바꿔 전원으로 사용하는 '무전원 자가구동 센서 플랫폼'을 개발했다고 16일 밝혔다.

이 센서 플랫폼은 '마찰대전 나노발전기'를 탑재해 플랫폼 하드웨어 표면과 물과의 접촉에서 전기 에너지를 얻는다.

마찰대전 나노발전기는 물이 고체 표면에 닿을 때 마찰로 인해 분극 현상이 발생하고, 물 분자 극성이 분극 현상에 동기화돼 전자가 이동하는 원리를 이용한 발전기다.

최재혁 UNIST 교수.
최재혁 UNIST 교수.
최원준 고려대 교수
최원준 고려대 교수

센서 플랫폼은 이렇게 스스로 얻은 전기에너지를 이용해 물결과 고체 표면 간 접촉 면적, 물결 속도 등 물의 변화 정보를 파악한다.

최 교수팀은 에너지를 생산 저장하고, 정보를 분석 처리할 수 있도록 '상용 상보성 금속 산화막 반도체(CMOS)' 기반 집적회로를 자체 제작해 플랫폼에 적용했다.

CMOS는 높은 경제성과 집적도를 지녀 마이크로프로세서나 메모리 등 디지털 회로 제작에 널리 사용하는, P형과 N형 트랜지스터로 구성된 집적 회로의 한 종류다. 센서 플랫폼은 수집한 정보를 복수의 LED창에 표시한다.

센서 플랫폼은 해류, 하천이나 상·하수도 유량 및 유속, 빗물의 흐름, 시간당 강수량, 액체 유출 등을 지속 관측하는 환경 모니터링 업무에 적용할 수 있다. 산업 현장에서 무전원 유체 모니터링 시스템으로도 사용 가능하다.

최 교수는 “배터리 등 외부 전원 없이 유체 변화를 이용해 스스로 에너지를 만들고, 이 에너지로 다시 유체 변화 정보를 관측·분석·표시할 수 있는 차세대 센서 시스템 기술”이라면서 “사물인터넷(IoT) 기술 확산의 장애 요소인 배터리 문제를 해결할 수 있다”고 말했다.

한편 이 연구 성과는 미래창조과학부 기초연구사업, 교육부 이공학개인기초연구지원사업의 일환으로 수행됐고, 나노에너지 3월 29일자에 실렸다.

울산=임동식기자 dslim@etnews.com