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대구경북과학기술원(DGIST)의 연구팀이 신체 움직임에서 전기 에너지를 수확할 수 있는 획기적인 웨어러블 기기를 만들었습니다. 이 혁신적인 3차원 신축성 압전 에너지 수확기는 피부나 옷에 직접 착용할 수 있으며, 관절 움직임에서 나오는 기계적 에너지를 전기로 변환하여 전자 기기에 전력을 공급합니다.

에너지 수확기는 일반적으로 두 가지 범주로 나뉩니다. 트라이보전기 효과를 활용하는 것과 압전 효과에 의존하는 것입니다. 트라이보전기 효과는 특정 재료가 마찰을 통해 전기적으로 충전될 때 발생하는 반면, 압전 효과는 기계적 응력이 가해지면 전기적 충전을 생성합니다. DGIST 장치는 압전 효과를 활용하여 걷기나 관절 움직임과 같은 일상적인 신체 활동에서 에너지를 수확합니다.

비록 몇몇 이전 연구가 압전 에너지 수확기에 초점을 맞추었지만, 이러한 장치 중 다수는 종종 신체 동작에서 에너지를 효율적으로 포착하는 데 어려움을 겪는 유기 또는 복합 재료를 사용합니다. 이러한 비효율성으로 인해 웨어러블 기술에서의 실제 적용이 제한되었습니다.

이러한 한계를 해결하기 위해 장경인 교수가 이끄는 팀은 높은 압전 효율로 알려진 소재인 납 지르코네이트 티타네이트(PZT)를 선택했습니다. 그러나 PZT는 일반적으로 단단하고 부서지기 쉽기 때문에 유연하고 신축성 있는 장치에 내장하는 데 어려움이 있습니다.

이러한 장애물을 극복하기 위해 연구자들은 PZT 재료를 변형에 민감하지 않은 3차원 구조로 설계하여 높은 에너지 효율성과 웨어러블 애플리케이션에 필요한 신축성을 모두 보장했습니다. 또한, 그들은 전기 출력의 취소를 방지하기 위해 전극을 섹션으로 나누는 새로운 곡률 특정 커플링 전극 설계를 도입했습니다.

그 결과, 착용형 기술에 혁명을 일으킬 수 있는 고효율의 신축성 압전 에너지 수확기가 탄생했습니다. 이 새로운 장치는 기존 에너지 수확기보다 280배 더 효율적이며 잠재적으로 상용화될 가능성이 높으며, 인체의 자연스러운 움직임만을 사용하여 장치에 전원을 공급하는 유망한 솔루션을 제공합니다.

By Impact Lab