국내 연구진이 일상생활에서 버려지는 에너지를 인체로 전달하여 세포 에너지와 전기 에너지를 동시에 생산할 수 있는 신기술을 개발했습니다.
한국연구재단은 이상민 교수(중앙대학교)와 홍진기 교수(연세대학교) 공동연구팀이 인체로 전자기장이 전달될 때 국소 부위에 전기장이 집중된다는 현상을 발견하고, 이를 통해 배터리, 전선, 심지어 발전기도 없이 전기 자극과 전기 발전을 동시에 구현하는 동기식 에너지 생성 원천 기술을 개발했다고 밝혔는데요.
전기 자극은 비침습적이며 화학물질 없이 세포의 활성화를 유도하는 치료법으로 가장 유망한 스마트 헬스케어 기술로 알려져 있습니다. 그러나 기존 전기 자극은 병원에 직접 방문하여 치료를 받아야 하며, 전기 자극을 포함한 웨어러블 디바이스를 일상생활 속에서 구현하기 위해선 배터리나 전선 등 사용자의 불편함을 초래하기 때문에 실용화의 어려움이 있었습니다. 이를 극복하기 위해 인간 스스로 전기를 만들 수 있는 나노발전기(Nanogenerator)[1] 개발연구가 활발하게 진행되어 왔으나 발전기의 설치나 자극부와의 전선 연결 등 여전한 한계점이 존재했습니다.
연구팀은 스마트폰과 같은 주변 전자기기나 신발, 옷 등에서 발생하는 정전기가 인체를 통해 전달될 때 국소적으로 전기장을 집중시키지만, 이것이 오히려 긍정적인 생리적 효과를 가져온다는 것을 밝혀냈습니다. 인체 매개 에너지 전달[2]을 통해 형성된 전기장은 임상에서 근전도(EMG) 분석[3]을 통해 신호 근육 피로를 줄이는 효과가 있었습니다. 또한, 피부 아래에서 전기 자극이 이루어짐과 동시에 피부 바깥에서는 새로운 전기에너지가 생성, 이 에너지로 소형 디스플레이(1.5 mW)가 지속적으로 구동되는 것도 확인했습니다.
이번 연구의 핵심은 그 어떠한 부수적인 장치의 필요 없이, 핸드폰을 잡거나, 걷기만 해도 원하는 부위에 무선으로 전기 에너지와 세포 에너지가 동시에 생성된다는 것인데요. 이상민 교수는 “이 연구는 전원 공급과 전기 배선이 필요한 기존 웨어러블 기술과 비침습적 전기 자극 치료의 한계를 동시에 해결할 수 있기 때문에 두 기술의 상용화에 기여할 수 있을 것”이라고 전했습니다.
연구 결과는 에너지 분야 국제 학술지 '에이씨에스 에너지 레터스(ACS Energy Letters)'의 7월호 표지 논문으로 게재되었습니다.
논문명 : Synchronous Generation of Electrical and Cellular Energies via Body-Mediated Energy Transfer: Inevitable Electric Field Concentration
#용어설명
[1] 나노발전기(Nanogenerator): 마찰 전기, 압전, 태양광, 열전 소자 등 다양한 버려지는 에너지로부터 사용가능한 에너지로 변환하는 소자
[2] 인체 매개 에너지 전달, 인체 결합 에너지 전달: 인체를 통해 전자기장 에너지를 전달하는 기술
[3] 근전도(Electromyography) 분석: 근전도기기를 사용하여 근육의 전기적 활성도를 확인하는 검사 방법
