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걸으면서 전기를 생산하는 압전(피조)전기 착용센서

전문가 제언: ○ 압전(piezoelectric)물질은 압력을 가하면 전기가 발생되는 물질을 말한다. 일반적으로 압전세라믹으로 PZT(lead zirconate titanate)와 압전폴리마의 PVDF(polyvinylidene fluoride)의 이용이 일반화되고 있다. 압전물질에 전기를 가하면 반대로 압력을 받아 스트레인이 생기므로 압전물질의 전기역학적 상호작용을 이용하면 에너지 수확과 동시에 역학적 거동을 감지해 낼 수 있는 센서로도 작용되기 때문에 압전물질을 이용하는 센서네트워크 활용연구가 주목받고 있다.

○ 신체운동 에너지수확(Body motion energy harvesting, BMEH)은 신체의 운동에너지의 일부분을 회수하는 것을 말한다. 일상적 활동을 하는 동안 신체의 움직임의 역학적 에너지를 전기적 에너지로 전환하여 휴대하는 소형전자기기의 전원으로 사용할 수도 있으며 미소전력으로 운용되는 무선센서네트워크(wireless sensors network)를 통하여 자신의 위치나 주위환경정보를 검색할 수도 있기 때문이다.

○ 이 논문에서 실제 에너지 수확 테스트는 비교를 위해 PZT와 PVDF의 두 변환기를 병행해서 측정했다. 측정결과는 PZT변환기에서는 최고 출력은 팔꿈치(49.1μW), 손목(22.2μW), 목(7.68μW)관절이 같은 관절의 PVDF 변환기 출력보다 높았다. 반대로 PVDF 변환기는 어께(12.3μW), 무릎(15.9μW), 엉덩이(15.0μW)의 출력이 같은 관절의 PZT변환기 출력보다 높았다. 전체적으로 PZT가 보다 높은 출력을 보였으나 사용자의 착용감을 고려하면 PVDF가 추천되고 있다.

○ 국내에서도 피조전기를 이용하는 에너지 수확연구는 대학과 연구소에서 활발하게 진행되고 있다. 압전세라믹을 이용한 회전센서 연구(경북대, 2012), 카이스트의 유연압전체 PVDF 연구(2016), 연세대 의류환경학과 박선형 연구그룹의 “압전 에너지수확 의류 연구”(감성과학, 2013)등이 주목된다. 특히 에너지수확 의류 연구결과는 이 논문의 실증사례가 되었다. 인간의 활동에너지의 일부를 다시 활용하는 BMEH 전환 기술은 앞으로 인간의 편의성과 함께 에너지효율성을 성취해야하는 인류 보편적 목표를 달성하기 위해 개발되고 발전되어야 할 과제가 되고 있다.

저자: Antonino Proto , Marek Penhaker , Daniele Bibbo , David Vala , Silvia Conforto Antonino Proto , Marek Penhaker , Daniele Bibbo , David Vala , Silvia Conforto and Maurizio Schmid
자료유형: 니즈학술정보

원문언어: 영어
기업산업분류: 에너지