한국과학기술연구원(KIST)은 전자재료연구센터 송현철 박사 연구팀이 스스로 공진(큰 진동이 발생하는 현상)하는 스마트 에너지 하베스터를 개발했다고 31일 밝혔다.

사물인터넷(IoT) 기술은 배터리나 전원 선에 구애받지 않는 독립전원을 필요로 한다. 진동, 열, 빛, 전자기파와 같이 버려지는 에너지를 수확해 전기에너지로 변환하는 '에너지 하베스팅' 기술을 이용하면 외부 전원장치 없이도 충분한 전기를 생산할 수 있다.

기존의 하베스팅 기술은 불가피한 기계적 에너지 손실로 에너지 변환 효율이 떨어진다는 문제가 있었다. 이를 해결하기 위해선 물체가 가지고 있는 고유진동수와 외부에서 가해준 진동의 주파수(진동수)가 일치할 때 큰 진동이 발생하는 '공진' 현상을 활용해야 한다.

하지만 우리가 일상생활에서 경험하는 다양한 진동들은 각기 다른 주파수에 분포하고 있어 매번 고유진동수를 조정해야 한다는 어려움이 있었다.

이에 KIST 연구진은 별도의 전기장치 없이도 주변 진동수에 스스로 튜닝될 수 있는 에너지 하베스터를 개발했다.

에너지 하베스터 내부에 주파수에 따라 움직이는 적응형 클램핑 시스템 (튜닝 시스템)을 부착, 하베스터가 주변의 진동을 감지하면 튜닝 시스템이 공진 주파수에 도달하게 돼 외부의 진동과 같은 진동수를 갖고 공진하는 원리다.

이를 활용하면 2초 이내 빠른 공진 주파수 튜닝으로 광대역 주파수 대역(30Hz) 이상에서 연속적으로 전기를 생산할 수 있다.

송현철 KIST 책임연구원은 "이번 연구성과는 진동을 이용한 에너지 하베스터가 이제 곧 우리 실생활에 적용될 수 있음을 시사하는 결과"라며 "향후 사물인터넷을 비롯해 무선 센서의 독립전원으로 사용될 수 있을 것"이라고 말했다.

연구 결과는 에너지 분야 국제 학술지인 '어드밴스드 사이언스'(Advanced Science) 최신호에 게재됐다.