몸에 넣어도 되는 나노발전기 나왔다

마찰에너지 전환 나노발전기
DGIST 김회준 교수팀 개발
정전기 발생할 때 전기 생성
계산기·손목시계 작동할만
약물전달에 주로 쓰이는 물질
사이클로덱스트린으로 작동
독성 없어 생체 적용도 가능
웨어러블 의료기기 발전 기대

DGIST 김회준 교수팀이 개발한 마찰전기 나노발전기. 인체에 무해한 소재를 이용해 LED를 작동할 수 있을 만큼의 전기를 만들어낼 수 있다. DGIST 제공

마찰전기 나노발전기 조감도 DGIST 제공

국내 연구진이 인체에 무해한 소재를 이용해 마찰전기로 전기를 만드는 나노발전기를 개발했다.

이 나노발전기는 작은 전자기기를 작동시킬 수 있을 만큼 충분한 전기를 만들어냈다. 연구진은 인체 삽입도 가능해 자가발전 의료기기 센서에도 적용할 수 있다고 설명했다.

화석연료나 핵연료 같은 현재 주요 에너지원들은 자원고갈, 환경오염 등 다양한 문제점을 갖고 있다. 따라서 자연에서 버려지는 기계, 열, 태양 에너지를 전기에너지로 전환하는 기술에 관심이 높다.

그 중에서도 압축과 늘림에서 발생하는 압전, 마찰전기 나노발전기는 웨어러블 의료기기, 사물인터넷 센서, 자가발전 전자시스템 등 다양한 분야 적용이 기대되는 유망기술이다.

대구경북과학기술원(DGIST)은 로봇공학전공 김회준 교수팀이 세계 최초로 사이클로덱스트린(Cyclodextrin)을 이용해 마찰전기 나노발전기를 개발했다고 7일 밝혔다.

사이클로덱스트린은 지금까지 주로 약물전달에 쓰이는 물질로 사람이 먹어도 될만큼 무독성이어서 인체 삽입도 가능하다.

김회준 교수는 "나노발전기가 만든 전기는 계산기, 손목시계 같은 작은 전자기기를 작동시킬 수 있을 만큼 충분했다"고 설명했다.

연구진은 금속 이온을 가진 유기물인 금속유기골격체를 소재로 이용해 마찰전기 나노발전기판 3개를 Z모양으로 연결시켜 나노발전기를 제작했다.

이 나노발전기는 가방, 신발과 같은 사물이나 신체 부위에 고정시켜 움직임이 발생할 때 3개의 나노발전기판이 접히고 펴진다. 이때 발생하는 마찰에너지를 전기에너지로 전환되고 에너지를 저장한다.

김 교수는 "로봇적용 촉각센서를 연구하며 압전, 마찰전기 나노발전기에 관심을 갖게 됐다"고 설명했다.

이어 "단순히 발전기 소자만을 개발하는 것에 멈추지 않고 실제 응용분야에 맞는 소자 개량을 통해 실생활에서 사용가능한 나노발전기 개발을 목표로 연구를 계속할 것"이라고 말했다.

이번 연구결과는 그 우수성을 인정받아 국제적 재료 학술지인 '어드밴스드 펑셔널 머티리얼스(Advanced Functional Materials)'에 7월 표지논문으로 선정됐다.

한편, 마찰전기 나노발전기는 표면간 접촉으로 발생하는 마찰전기와 정전기를 이용해 전기를 만든다.

하지만 기존 마찰전기 나노발전기의 효율성을 위해 사용해온 세라믹 나노 복합재료는 환경문제와 생체적용에 적합하지 않다는 한계점이 있어왔다.

[e-mail] 김만기 기자