표준연 안전측정센터 연구팀이 메타 에너지 하베스팅 실험을 하고 있다. 사진=표준연 제공 버려진 에너지를 전기로 만드는 '에너지 하베스팅'에 메타물질(Metamaterial)을 적용해 높은 전력을 생산하는 기술이 개발됐다. 이를 건축물이나 교량의 안전을 진단하는 스마트시티 센서 등에 활용하면 배터리나 태양광 등 추가 전력설비를 구축하지 않아도 반영구적으로 구동할 수 있게 된다. 한국표준과학연구원은 14일 김미소 안전측정센터 박사팀과 윤병동 서울대 교수팀이 자연계에 없는 특성을 지닌 메타물질을 이용한 '메타 에너지 하베스팅 시스템'을 개발했다. 에너지 하베스팅은 사람의 체온이나 차량, 교량의 진동 및 소음 등 일상생활과 산업현장에서 버려지는 에너지를 전기로 활용할 수 있는 기술이며, 이중 '기계적 에너지'는 좋은 공급원 중 하나로 꼽힌다. 다만 기계적 에너지 하베스팅은 생산 전력량이 부족해 경제성을 확보하지 못하는 한계를 지녔다. 과학계는 이런 문제를 해결하려 높은 에너지 변환 효율을 내는 소자나 회로 개발 등을 주로 다뤘지만 수확된 에너지를 변환하는 기술에만 집중해 충분한 전력량을 얻지 못했다. 연구팀은 기존의 고전적인 방식을 탈피해 버려지는 에너지를 처음부터 많이 모은 후 수확하는 방법에 초점을 뒀다. 특히 에너지를 최적으로 집속하는 메타물질인 '음향양자결정(Phononic Crystal)' 구조를 개발해 하베스팅에 접목시키는데 성공했다. 개발된 메타물질은 여러 곳에서 들어온 에너지를 한곳으로 최대한 모아 더 이상 나가지 못하게 묶어둘 수 있다. 메타물질로 입력에너지를 집속해 압전소자 기반 에너지 하베스팅을 실행한 결과 기존 체계보다 22배가 넘는 고효율 전기를 얻을 수 있었다. 표준연은 새로운 에너지 하베스팅 기술이 스마트시티 기반시설을 신경망처럼 연결하는 사물인터넷(IoT) 센서의 전기공급에 적격일 것으로 판단했다. 김미소 박사는 "메타물질을 에너지 하베스팅에 접목해 센서와 같은 소자를 작동시킬 ㎽급 전력을 얻은 최초의 사례"라고 말했다. 정재훈 기자
한국표준과학연구원은 버려진 에너지를 전기로 전환하는 에너지 하베스팅 방식에 메타물질을 접목시켜 많은 전력량을 얻을 수 있는 '메타 에너지 하베스팅 시스템'을 개발해 이것이 스마트시티 기반시설에 필요한 전력을 충분히 공급할 대안이 될 것으로 기대하고 있다.