일상생활에서 버려지는 에너지로
세포·전기 에너지 두 마리 토끼 잡는다
- 웨어러블 디바이스, 스마트 헬스케어 분야의 실용화 기대 -
□ 국내 연구진이 일상생활에서 버려지는 에너지를 인체로 전달하여 세포 에너지와 전기 에너지를 동시에 생산할 수 있는 신기술을 개발하였다.
□ 한국연구재단(이사장 이광복)은 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 밝혔다.
□ 전기 자극은 비침습적이며 화학물질 없이 세포의 활성화를 유도하는 치료법으로 가장 유망한 스마트 헬스케어 기술로 알려져 있다.
○ 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 있었다.
○ 이를 극복하기 위해 인간 스스로 전기를 만들 수 있는 나노발전기(Nanogenerator)* 개발연구가 활발하게 진행되어 왔으나 발전기의 설치나 자극부와의 전선 연결 등 여전한 한계점이 존재했다.
* 나노발전기(Nanogenerator): 마찰 전기, 압전, 태양광, 열전 소자 등 다양한 버려지는 에너지로부터 사용가능한 에너지로 변환하는 소자
□ 연구팀은 스마트폰과 같은 주변 전자기기나 신발, 옷 등에서 발생하는 정전기가 인체를 통해 전달될 때 국소적으로 전기장을 집중시키지만, 이것이 오히려 긍정적인 생리적 효과를 가져온다는 것을 밝혀냈다.
○ 인체 매개 에너지 전달*을 통해 형성된 전기장은 임상에서 근전도(EMG) 분석**을 통해 신호 근육 피로를 줄이는 효과가 있었다.
* 인체 매개 에너지 전달, 인체 결합 에너지 전달: 인체를 통해 전자기장 에너지를 전달하는 기술
** 근전도(Electromyography) 분석: 근전도기기를 사용하여 근육의 전기적 활성도를 확인하는 검사 방법
○ 또한, 피부 아래에서 전기 자극이 이루어짐과 동시에 피부 바깥에서는 새로운 전기에너지가 생성, 이 에너지로 소형 디스플레이(1.5 mW)가 지속적으로 구동되는 것도 확인했다.
□ 이번 연구의 핵심은 그 어떠한 부수적인 장치의 필요 없이, 핸드폰을 잡거나, 걷기만 해도 원하는 부위에 무선으로 전기 에너지와 세포 에너지가 동시에 생성된다는 것이다.
□ 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 전했다.
□ 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 기초연구실의 지원으로 수행된 이번 연구의 성과는 에너지 분야 국제 저명 학술지 에이씨에스 에너지 레터스(ACS Energy Letters)의 7월호 표지 논문으로 게재되었다.
