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성균관대 연구팀, 초음파 마찰전기로 체내 충전 가능 기술 개발

성균관대 연구팀, 초음파 마찰전기로 체내 충전 가능 기술 개발

기사승인 2019. 08. 03. 22:50
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김상우 교수
주기적 배터리 교체 없이 체내에서 생성된 마찰전기로 생체 삽입형 의료기기를 상시 충전하는 새로운 방식의 에너지 수확 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

3일 성균관대학교에 따르면 김상우 성균관대 교수<사진>팀은 실제 검진·치료 등에 사용되는 인체에 무해한 초음파에서 힌트를 찾아내 연구를 진행했다.

심장박동기, 인슐린펌프 등 체내 삽입형 의료기기의 전원공급을 위해서는 상당한 출력의 외부전력을 무선으로 체내로 전송해야 한다.

하지만 생체 영향력 부분을 고려해야 했다. 이에 심장박동, 혈류, 근육운동 등 생체 내 여러 기계적 에너지를 전기에너지로 변환하려는 에너지 수확 연구가 지속됐지만 체내에 발생하는 기계적 에너지가 작아 충분한 발전효과를 내기 어려웠다.

연구진은 외부의 초음파가 체내에 삽입된 특정 소재의 변형을 가져오고 변형에 따른 진동으로 유도되는 마찰전기를 이용해 높은 수준의 전기에너지를 발생시킬 수 있음을 입증했다.

이번 연구에서는 생체를 투과할 수 있는 초음파를 외부 기계적 에너지원으로 이용, 출력 전류를 1000배 이상 끌어 올렸다.

연구진은 쥐와 돼지 피부에 마찰전기 발생소자를 삽입하고 외부에서 초음파로 마찰전기를 유도, 실제 생체 환경에서 에너지 수확을 통한 발전이 가능함을 입증했다.

돼지 지방층 1cm 깊이에 삽입된 발전소자로부터 심장박동기나 신경자극기를 구동할 수 있는 수준의 출력(0.91 V의 전압, 52.5 μA)을 얻어냈다.

나아가 개발된 마찰전기 발전소자로 최적의 조건에서 박막형 리튬이온 배터리(0.7 mAh, IoT용 무선 온도센서 상시구동이 가능한 용량)와 상업용 커패시터(4.7 mF)를 완충하는데 성공했다.

이번 연구는 저명한 국제학술지 ‘사이언스(Science)’ 8월 2일 자에 게재됐다.
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