움직이는 환경에서도 무선 충전되는 기술 개발했다

[용인=뉴시스] 박종대 기자 = 국내 연구진이 움직이는 환경 속에서도 무선 충전을 할 수 있는 고효율 무선 전력 전송 시스템을 개발했다.

21일 경희대학교 전자공학과 김상혁 교수 연구팀에 따르면 현재 무선 충전기술은 충전 범위가 제한적이고, 고정된 환경에서만 충전이 가능하다는 기술적 한계가 있다. 무선 충전을 위해선 한정된 거리에서 특정 방향에 맞춰야만 전력 전송 효율이 높아지기 때문이다.

이에 최근 학계는 무선 전력 전송 시스템에 송신 코일을 다수 부착하는 방법을 해결책을 찾았다. 하지만 코일의 전압과 위상 조절을 위해 값비싼 전력증폭기와 위상변환기가 필수였고, 움직이는 상황에서 사용할 수 없다는 단점은 해결되지 않았다.

김상혁 교수 연구팀은 다중 송신 코일의 전력증폭기와 위상변환기 없이 전압 세기 및 위상을 조절하는 기술을 제안했다. 코일에 가변축전기를 부착했는데 이를 이용해 무선 전력 전송 시스템이 '홀짝-시간 대칭성'(Parity-Time Symmetry) 관계를 갖도록 설계했다.

제안된 시스템은 환경변화에 맞춰 축전 용량만 조절하면 최적화할 수 있어 동적인 환경에서도 안정적으로 전력 전송이 가능하다. 코일의 개수가 늘어나면 늘어날수록 전력 전송 범위가 넓어져 활용 가능성도 높다.

현재 무선 충전기술은 스마트폰, 스마트워치 등 일부 기기에 활용된다. 만일 전력 전송 범위가 넓어지고, 움직이는 상황에서도 무선 충전이 가능해진다면 의료용 기기에도 기술을 응용할 수 있다.

특히 체내에 삽입하는 의료용 기기에 활용 가치가 높다. 연구팀은 체내 삽입용 의료용 기기에 기술을 적용할 수 있음을 증명하기 위해 피부와 같이 유연한 소자 안에 수신기를 설치해 무선 전력 전송을 실험했다. 그 결과 전력이 동적인 환경에서도 넓은 범위에 전송되는 것을 확인했다.

이번 연구는 서울대학교 화학생물공학부 김대형 교수와 공동 연구를 진행했다. 연구 결과는 지난 15일자 국제 학술지인 '사이언스 어드밴시스'(Science Advances)에 게재됐다.

이번 연구는 기초과학연구원(IBS), 한국연구재단 대학중점연구지원사업, 과학기술정보통신부 대학ICT연구센터육성사업, 두뇌한국 21(Brain Korea 21) 플러스 프로젝트 지원으로 진행됐다.

김상혁 교수는 “생체 웨어러블 기술에 강점 있는 김대형 교수 연구팀과 함께 공동 연구해 기존에 실험이 어렵던 분야까지 연구가 가능했다”며 “향후 심장 위에 여러 전극을 심어 심장 표면의 전기 자극을 모니터링할 수 있는 시스템을 구축하겠다”고 말했다.


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