"체온으로 자가충전"…웨어러블 디바이스에 새 가능성

성균관대 연구진, 신축성 지닌 열전소자 개발

'자가충전 스마트 웨어러블 디바이스' 개발 추진

(왼쪽부터) 성균관대 강보석 교수, 가천대 김대건 교수, 성균관대 김명은 박사과정생. (사진=성균관대 제공) *재판매 및 DB 금지

[서울=뉴시스]윤신영 인턴 기자 = 성균관대 공동연구팀이 신축성을 높인 열전 소자 기술로 '자가충전 웨어러블 디바이스' 개발에 새 가능성을 열었다.

성균관대학교는 강보석 교수 연구팀이 가천대 김대건 교수팀과 협력해 모든 구성 요소가 신축성을 지닌 웨어러블 열전 발전 소자 개발에 성공했다고 17일 밝혔다.

웨어러블 디바이스는 작고 가벼운 특성을 유지하기 위해 배터리 용량이 제한적이고, 잦은 충전으로 사용성이 저하되는 문제가 있었다.

웨어러블 디바이스에는 인간의 체온을 활용해 직접 발전할 수 있는 열전 소재가 사용되고 있다. 기존의 열전 소재는 중금속 위주로 구성돼 있어 인체에 대한 독성 우려가 있었다. 중금속 특성상 신축성도 부족해 항공 및 우주 분야 등 특수한 환경에서만 제한적으로 사용됐다.

유연하지 못한 열전 발전 소자는 어레이 밀집도가 낮아 발전 효율이 크게 떨어졌다. 연구팀은 발전 효율을 향상하기 위해 신축성을 늘리는 구조를 고안했다.

이들은 열전 소재 내부에 신축성을 담당하는 네트워크와 열전 발전을 담당하는 네트워크를 순차적으로 도입했다. 순차 구성 결과, 소재를 1.4배까지 늘려도 90% 이상의 성능을 유지할 수 있었다.

열전 소자 및 제조 공정(가 그림)과 열전 발전 전압과 공기-체온 온도차 및 심박수 측정 데이터(나 그림). (사진=성균관대 제공) *재판매 및 DB 금지

연구 관계자는 열전 소재뿐만 아니라 전극과 배선을 용액 공정만으로 제작해 웨어러블 열전 소자의 양산 가능성을 확보했다고 전했다.

또 제작된 소자를 피험자에게 부착해 체온을 이용한 발전 가능성을 입증했으며, 이를 바탕으로 자가 충전이 가능한 스마트 웨어러블 디바이스 개발을 추진할 계획이라고 덧붙였다.

한편 이번 연구 결과는 나노기술 분야 국제학술지 '스몰(Small)'에 지난해 10월 게재된 바 있다.


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