KIST·고려대, 휘어져도 성능 유지하는 초음파 무선 충전기 개발

[이코노믹데일리] 국내 연구진이 초음파를 이용해 생체 삽입형 의료기기나 수중 드론 등을 무선으로 충전할 수 있는 새로운 기술을 개발했다. 특히 개발된 수신기는 부드럽게 휘어지면서도 안정적인 성능을 유지해 활용도를 크게 높일 것으로 기대된다.

한국과학기술연구원(KIST)은 전자융합소재연구센터 허성훈 선임연구원 연구팀이 고려대 송현철 교수팀과 공동으로 생체 친화적이면서 유연한 초음파 무선 전력 수신기를 개발했다고 20일 밝혔다.

기존의 무선 충전 방식은 인체에 삽입된 의료기기나 수중 장비에 전력을 공급하는 데 필수적이지만, 전자기파를 사용하는 방식은 전송 거리가 짧고 생체 조직 투과율이 낮다는 한계가 있었다.

연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 인체에 미치는 영향이 적고 조직 내에서도 에너지 손실 없이 잘 전달되는 초음파에 주목했다. 초음파는 물속에서도 비교적 멀리 전달될 수 있어 수중 기기 충전에도 유리하다.

연구팀은 고출력 마찰전기 소재와 초음파 에너지를 전기 에너지로 변환하는 압전 소재를 결합해 새로운 형태의 수신기를 구현했다. 이 수신기는 인체나 기기의 곡면에 잘 밀착될 수 있도록 부드럽게 휘어지면서도 안정적으로 전력을 수신하는 것이 특징이다.

개발된 수신기는 실제 실험에서도 뛰어난 성능을 보였다. 물속 3cm 거리에서 20mW(밀리와트)의 전력을, 피부 아래 3cm 깊이에서는 7mW의 전력을 전달하는 데 성공했다. 이는 저전력 웨어러블 기기나 인체 삽입형 의료기기를 구동하기에 충분한 양이라고 연구팀은 설명했다.

허성훈 KIST 선임연구원은 "이번 연구는 초음파를 활용한 무선 전력 전송 기술이 실제 환경에서 효과적으로 적용될 수 있음을 입증한 것"이라며 "향후 소형화 및 상용화를 위한 추가 연구를 통해 기술 실용화를 앞당길 계획"이라고 밝혔다.

연구팀은 이 기술이 의료기기뿐만 아니라 수중 드론, 장기간 전력 공급이 필요한 해양 센서 등 다양한 산업 분야에 활용될 수 있을 것으로 전망했다.

이번 연구 결과는 우수성을 인정받아 국제 저명 학술지 '어드밴스트 머터리얼스 (Advanced Materials)'의 지난달 26일자 표지 논문(Cover Paper)으로 게재됐다.