[과학을 읽다]스스로 작동하는 환경센서 나왔다

국내 연구팀 개발, 배터리 필요없어

▲물방울 압축 주기와 강도에 따른 무전원 자가 구동 센서 플랫폼의 LED 출력 신호.[사진제공=한국연구재단]

[아시아경제 정종오 기자] 배터리 없이 스스로 작동하는 환경센서 시스템이 개발됐습니다. 외부에서 전원을 공급하지 않아도 스스로 주변 환경 변화를 모니터링해 정보를 제공해 주는 센서시스템입니다.

자연환경의 작은 변화를 지속적으로 모니터링하고 얻은 데이터를 처리하는 것은 중요합니다. 이를 표시해줄 수 있는 센서 플랫폼은 미래 IoT 시스템의 핵심입니다. 다양한 주변 환경에서 센서가 유선을 통해 외부로부터 전원을 공급받거나 많은 수의 개별 센서의 배터리를 주기적으로 교체한다는 것은 현실적으로 불가능합니다.

이번 연구 성과는 이 같은 문제점이 해결될 가능성을 제시한 것이어서 관심을 모으고 있습니다. 연구팀은 배터리 등 외부전원의 사용 없이 자체적으로 생성한 에너지만을 이용해 전기에너지의 발생 양상을 실시간으로 분석하고 이를 통해 물의 움직임 정보(물결이 표면과 접촉하는 면적, 물결의 속도 등)를 역으로 분석, 산출했습니다.

에너지 발생 방식은 고체 표면과 물의 접촉으로부터 전기 에너지를 발생시키기는 마찰대전 나노발전기에 기반한 방식을 사용했습니다. 이 연구에서 사용한 마찰대전 나노발전기는 물이 고체 표면에 접촉하였을 때 마찰전기로 인해 고체 표면에 분극이 생기고 물 분자의 극성이 분극에 동기화돼 전기적 평형이 깨지고 전자가 이동하는 원리로 에너지를 발생시키는 방식입니다.

에너지를 저장하고 데이터를 분석처리 하는 것은 상용 상보성 금속 산화막 반도체 (CMOS) 기반 집적회로로 제작했습니다. 저비용 제품화가 가능하도록 했습니다. 분석된 정보는 이진수 코드를 표현하는 복수개의 LED를 통해 표시됩니다.

이번 연구는 최재혁 유니스트(UNIST) 교수, 최원준 고려대 교수 공동연구팀이 수행했습니다.

최재혁 교수팀은 "이번 연구는 배터리 없이 스스로 생성한 에너지를 이용해 물의 움직임을 지속적으로 모니터링할 수 있는 차세대 센서시스템을 개발한 것"이라며 "해류의 흐름, 하천 혹은 상·하수도에서의 유량과 유속, 빗물의 흐름, 시간당 강수량, 액체의 유출 등을 지속적으로 관측하는 환경 센서, 산업 현장에서의 무전원 유체 모니터링 시스템 등에 적용될 수 있을 것으로 기대된다"고 말했습니다.

연구결과는 에너지, 재료 분야 국제학술지 나노 에너지 (Nano Energy) 3월29일자(논문명 : Self-sustaining water-motion sensor platform for continuous monitoring of frequency and amplitude dynamics)에 실렸습니다.

정종오 기자 ikokid@asiae.co.kr