한국세라믹기술원과 전남대학교가 공동연구를 통해 차세대 자가발전 웨어러블 센서를 개발했어요. 몸에 부착한 후에 움직이면 전기가 발생하는 신기한 센서인 거죠.
섬유에 미세한 구멍을 뚫어 전기발생 센서를 내장한 개념이예요. 아직은 연구 단계이지만 옷이나 신발 등에 활용할 수 있다면, 무겁고 휴대가 불편한 보조 배터리를 들고다닐 필요가 없어지겠네요.
한국세라믹기술원 장정호 박사 연구팀과 전남대학교 고분자융합소재공학부 박종진 교수 연구팀은 공동연구를 통해 자가발전 기능과 항균성을 동시에 구현할 수 있는 차세대 웨어러블 센서 기술을 개발했다고 밝혔어요.
정전기를 이용해 전기를 생산하는 마찰전기 나노발전기와 눈에 보이지 않을 정도로 미세한 공기구멍 구조의 실리카 복합소재 기술을 적용했어요.
이미 이전에도 마찰전기 나노발전기를 활용한 웨어러블 기기는 있었어요. 하지만 마찰전기로 만들 수 있는 자체 전류량이 너무 적고 에너지 밀도가 낮았기 때문에 사용할 수 있을 만큼의 전기를 만들 수는 없었죠. 또 온도, 습도 등 외부 환경에 민감하게 반응해 출력이 불안정하다는 문제점을 갖고 있어 실생활에 적용하지는 못했어요.
연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 일정한 간격과 크기의 나노 공기구멍을 섬유 1그램당 10억개 이상의 갖는 메조포러스 실리카라는 섬유소재 겉면에 미세자기장을 형성하는 전이금속 이온을 코팅하는 기술을 적용했다고 해요.
이를 통해 기존에 섬유 1그램당 공기구멍 수가 훨씬 적었던 소재와 비교해 마찰전기를 잡아 가두는 효과를 100배 이상이나 높일 수 있었다는군요.
연구팀은 이 기술을 센서 필름 형태로 구현해서 손가락, 무릎, 팔꿈치 관절 등에 부착해 시험해봤어요. 그 결과 관절 굽힘에 따라 발생하는 압력 변화 검출 감도가 기존 대비 7.5배 향상됨을 확인했어요. 이뿐민 아니라 식중독 유발, 아토피 피부염 악화의 주범인 황색포도상구균을 99.9% 수준 억제하는 항균 특성까지 입증했다고 해요 .
공동연구팀은 “이번 기술은 향후 스마트 헬스케어 디바이스, 스마트 의류용 전자섬유, 사물인터넷 기반 무전원 스마트 센서, 스포츠 웨어러블 분야 등 다양한 산업에 적용 가능성이 높다”며 “자가발전과 항균 기능을 동시에 갖춘 센서 플랫폼으로서 활용될 수 있을 것”이라고 밝혔어요.
연구팀이 개발한 이 기술은 세계적으로 유명한 학술지 'Small Methods' 2025년 4월호 표지논문으로 선정됐을 만큼 많은 주목을 받고 있네요.
최정훈 기자 jhchoi@etnews.com