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최재혁 UNIST교수팀, 무전원 자가구동 센서시스템 개발

발행일2017.04.16 11:40
Photo Image<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.

Photo Image<최재혁 UNIST 교수.>
Photo Image<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

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