경희대학교(총장 김진상) 김대원 전자공학과 교수 연구팀이 물방울과 심장박동 등 일상적 움직임에서 전기를 생산하는 에너지 하베스팅 기술을 잇달아 개발했다.

1일 경희대에 따르면, 연구팀은 먼저 물방울이 떨어질 때 발생하는 에너지를 전기로 변환하는 하이브리드 발전 소자를 구현했다. 이 기술은 마찰전기 발전기와 자기탄성 발전기를 결합한 구조로, 물방울의 이온 에너지와 낙하 에너지를 동시에 활용하는 것이 특징이다.

연구진은 전극 소재로 레이저 가공 불소화 그래핀을 적용해 수분 환경에서 발생하는 부식 문제를 개선했다. 또한 외팔보 구조에서 착안한 탄성 지지체를 도입해 반복적으로 떨어지는 물방울의 충격을 전기 생산에 활용할 수 있도록 설계했다.

연구팀은 의료 분야 적용 가능성도 제시했다. 심장 박동으로 발생하는 미세한 움직임을 전기에너지로 바꾸는 이식형 자가발전 소자를 개발하고, 이를 인공지능 기반 부정맥 모니터링 시스템과 연계했다.

새로 개발된 소자는 아치 구조와 외팔보 구조를 결합해 체내 제한된 공간에서도 높은 발전 성능을 구현했다. 여기에 나노스파이크 소재를 적용해 전기 출력 효율을 높였으며, 별도 배터리 교체 없이 생체 신호를 수집·전송할 수 있는 가능성을 확인했다.

연구계에서는 에너지 하베스팅 기술이 배터리 의존도를 낮추고 장기간 독립적으로 작동하는 전자기기 구현의 핵심 기술로 주목받고 있다. 특히 웨어러블 기기와 체내 삽입형 의료기기 시장이 확대되면서 주변 환경과 인체 움직임에서 전력을 얻는 자가발전 기술에 대한 관심도 커지고 있다. 이번 연구는 물방울과 심장박동이라는 일상적 에너지원의 활용 가능성을 제시했다는 점에서 관련 기술의 응용 범위를 넓혔다는 평가를 받는다.

김대원 교수는 "에너지 하베스팅 기술의 상용화를 목표로 물방울 에너지 활용 기술과 체내 무선 모니터링 시스템 연구를 지속할 계획"이라고 말했다.

한편 이번 연구 결과는 소재 분야 국제학술지인 어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials) 최신 호에 게재됐다.