표준연구원 '버려지던 미세 진동을 에너지로'

좁은 영역에 진동 가둬 고증폭하는 메타물질 개발 표면형 메타물질로 진동 축적·증폭 첫 사례 '에너지 하베스팅' 상용화 속도…국제학술지 게재

[대전=뉴시스] KRISS가 개발한 메타물질의 설치 방법 및 모식도.(사진=KRISS 제공) *재판매 및 DB 금지

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 한국표준과학연구원(KRISS)은 미세진동을 좁은 영역에 가두고 증폭하는 메타물질을 개발했다고 27일 밝혔다. 이로써 버려지던 진동을 전기에너지로 변환할 수 있는 '에너지 하베스팅' 상용화에 속도를 내게 됐다.

에너지 하베스팅은 열이나 빛, 진동의 형태로 버려지는 에너지를 전기에너지로 변환하는 기술이다. 햇빛을 에너지원으로 하는 태양광발전이 흔하지만 기상조건과 지형에 따라 전력생산이 불가하거나 생산량이 일정하지 않은 한계가 있다.

이에 비해 언제 어디서나 존재하는 진동을 에너지원으로 이용하면 환경적 제약에서 벗어나 안정적인 전력생산이 가능하다.

24시간 내내 일정한 전력 공급이 필요한 IoT 센서나 혈압·혈당을 실시간 측정하는 웨어러블 의료기기에서 진동 에너지 하베스팅이 주목받는 이유다.

하지만 진동 에너지 하베스팅은 생산 전력량이 낮고 생산비용은 높아 실용성이 떨어진다는 단점이 있다.

이번에 KRISS가 개발한 메타물질은 물질내부로 들어온 미세한 진동을 가두고 축적해 45배 이상 증폭시킬 수 있다. 이를 통해 적은 양의 압전소자를 사용하더라도 큰 전력을 생산할 수 있다.

연구진은 메타물질을 적용한 진동 에너지 하베스팅으로 기존 기술보다 네 배 이상 큰 단위 면적당 전력을 생산하는 데 성공했다.

특히 이번에 개발한 메타물질은 성인 손바닥 면적 정도로 작고 얇은 평면구조로 제작돼 진동이 발생하는 곳이 어디든 쉽게 부착할 수 있다.

[대전=뉴시스] 미세진동을 좁은 영역에 가두고 증폭하는 메타물질을 개발한 연구진. 앞줄 왼쪽부터 시계방향으로 KRISS 이형진 선임연구원, 최원재 책임연구원, 정인지 선임연구원, 성균관대 김미소 교수, 승홍민 선임연구원. *재판매 및 DB 금지

부착하는 대상의 구조에 맞게 변형도 가능해 고층 빌딩·교량의 손상을 점검하는 진단센서부터 건강상태를 모니터링하는 소형 바이오센서까지 적용분야가 다양하다.

KRISS 음향진동초음파측정그룹 이형진 선임연구원은 "이번 연구는 진동을 일시적으로 가두는 표면형 메타물질을 이용해 진동을 축적하고 증폭하는 데 성공한 세계 최초 사례"라고 강조했다.

성균관대 신소재공학부 김미소 교수팀과 협업한 이번 연구성과는 세계적인 학술지인 'Mechanical Systems and Signal Processing(IF: 8.4)'에 지난달 게재됐다.

(논문명:Finite elastic metasurface attachment for flexural vibration amplification)

비파괴측정그룹 승홍민 선임연구원은 "메타물질은 일반 센서로 측정이 어려운 초미세 진동을 크게 증폭시켜 차세대 고정밀·고민감도 센서개발에도 활용될 수 있을 것"이라고 말했다.

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