DGIST, 움직임만으로 전기와 빛 동시에 만드는 ‘일타쌍피’기술 개발
물속에서도 안정적, 재난 구조 등 다양한 분야에 활용 기대
2025-01-21 김만영
배터리가 필요 없는 이 기술은 재난 구조, 스포츠, 웨어러블 기기 등 다양한 실생활에 응용 가능할 것으로 기대된다.
마찰전기 나노발전기(TENG)와 기계 발광(Mechanoluminescence, ML)은 각각 외부 전력 없이 전기와 빛을 생성할 수 있는 친환경 에너지 기술로 주목받아 왔다. 그러나 기존 연구는 두 기술을 주로 개별적으로 연구하거나 간단히 결합하는 데 그쳤다. 또한, TENG의 전기 출력 안정성과 ML 소재의 빛 지속 시간 부족이 실제 응용에 있어 큰 한계로 작용해 왔다.
이에 연구팀은 움직임과 압력으로 전기와 빛을 동시에 생성하는 시스템을 개발했다.
고무와 같은 재질(PDMS;폴리디메틸실록산)에 빛을 내는 황화아연-구리(ZnS:Cu) 입자를 넣고, 은 나노선 기반 단일 전극 구조를 설계해 높은 효율성을 구현해냈다.
개발된 장치는 5,000번 이상 반복해서 눌러도 성능이 떨어지지 않고, 최대 60V 전압과 395nA 전류를 안정적으로 생성할 수 있다.
이번 연구는 단순한 기술 개발을 넘어 실제 상황에서 활용할 수 있는 수준의 완성도를 보인다. 특히, 빛을 이용해 SOS 신호를 보내는 기능은 재난 구조나 심해 작업 같은 긴급한 상황에서 큰 도움을 줄 수 있다.
이 기술은 웨어러블 안전 장치, 스포츠 활동 모니터링, 구조 신호 장치 등 다양한 분야에 적용될 수 있다. 충격을 감지해 즉각적으로 신호를 보내는 헬멧, 움직임을 감지하는 손목 보호대, 물속에서도 구조 신호를 전달하는 장비 등이 대표적인 사례다. 별도의 배터리가 필요 없기 때문에 친환경적이고 지속 가능성을 갖춘 기술이다.
김회준 교수는“이번 연구는 배터리가 없어도 움직임만으로 빛과 전기적 에너지를 동시에 만들어내고, 이를 즉시 활용할 수 있는 기술이라는 점에서 큰 의미를 가진다. 특히 에너지 하베스팅 기술을 통해 환경에 미치는 영향을 줄이면서도 긴급한 상황에서 실시간으로 신호를 보내는 기능까지 가능하다"고 밝혔다.
한편, 이번 연구는 DGIST 로봇및기계전자공학과 Sugato Hajra 박사후연수연구원과 Swati Panda 박사과정생이 공동 제1저자로, 김회준 교수와 정순문 박사가 교신저자로 참여했다. 연구 결과는 세계적 학술지 Advanced Sustainable Systems에 게재, 12월호 표지 논문으로 선정됐다.