전력 소모하는 튜닝용 모터 및 MCU 없이도
설치 환경에 맞춰 고유진동수 튜닝 가능해


국내 연구진이 스스로 튜닝되며 다양한 진동수의 진동 에너지를 흡수하여 발전하는 에너지 하베스터(Energy harvester)를 개발하는 데 성공했다.

한국과학기술연구원(KIST) 전자재료연구단 송현철 박사 연구팀은 7일, 설치 환경에 따라 스스로 고유진동수를 조절하여 공진을 맞추는 ‘자동 공진 튜닝(Automatic resonance tuning) 에너지 하베스터’를 개발했다고 밝혔다.

최근 진동이나 열과 같이 우리 주변에서 버려지는 에너지를 수확하여 이용하는 에너지 하베스팅(Energy harvesting) 기술이 주목받고 있다. 이를 활용하면 배터리나 전원선 연결 없이 주변 에너지로 자가 발전하는 소자를 만들 수 있다.

에너지 하베스터는 작은 진동으로부터 최대한의 전기에너지를 생산하고 저장해야 한다. 이를 위해서는 공진(Resonance) 현상을 활용해야 한다. 그러나 하나의 고유한 진동수를 가지는 에너지 하베스터와 달리 우리가 이용하려는 주변 진동들은 각각 다른 넓은 범위의 진동수를 가지고 분포하고 있다.

따라서 에너지 하베스터를 설치할 때마다 설치 환경에 맞춰 고유진동수를 튜닝(Tuning)하여 공진을 유도해야 하며, 이는 에너지 하베스터를 활용하는 데 큰 걸림돌이었다.

모터나 MCU를 이용하는 자동 튜닝 에너지 하베스터가 개발되었지만, 튜닝용 모터와 MCU를 구동하기 위한 전기에너지 소모가 적지 않아 발전 효율이 크게 저하되는 문제가 있었다.

이에 KIST 연구진은 별도의 전기장치 없이도 주변 진동수에 스스로 조율될 수 있는 구조의 에너지 하베스터를 개발했다. 연구진은 에너지 하베스터 내부에 자율적으로 움직이는 추를 부착했다.

주변의 진동을 감지하면 추는 스스로 다른 위치로 이동한다. 추의 위치가 변한 에너지 하베스터는 외부의 진동과 같은 진동수를 갖게 되어 다양한 진동과 공진할 수 있다.

공진할 수 있는 주파수 대역을 기존보다 1400% 이상 늘린 송현철 박사는 “이번 연구 결과를 통해 에너지 하베스터가 실생활에 적용될 시기가 크게 앞당겨질 것”이라며, “IoT 디바이스를 비롯한 다양한 분야에서 자가 튜닝 에너지 하베스터가 자율 독립전원의 역할을 할 것”이라고 전망했다.