[과학기술정보통신부]초음파 구동 마찰전기 기반 체내 충전기술 개발
정책
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2019.08.02 09:00
초음파 구동 마찰전기 기반 체내 충전기술 개발
- 주기적인 배터리 교체시술이 필요 없는 체내 삽입용 의료기기 구현 기대 -
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□ 과학기술정보통신부(장관 유영민)는 김상우 교수(성균관대)연구팀이 배터리 교체를 위한 주기적 시술 없이 체내에서 생성된 마찰전기로 생체 삽입형 의료기기를 상시 충전하는 새로운 방식의 에너지 수확(energy harvesting) 기술을 개발했다고 밝혔다.
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ㅇ 과학기술정보통신부중견연구자지원사업(도약) 등의 지원으로 수행된 본 연구의 성과는 저명한 국제학술지 '사이언스(Science)' 8월 2일자에 게재되었다.
※ 논문명 : Transcutaneous ultrasound energy harvesting using capacitive triboelectric technology
※ 저 자 : 김상우 교수(교신저자, 성균관대), 윤홍준 박사(제1저자, 성균관대), Ronan Hinchet 박사(제1저자, 성균관대), 유한준 박사(참여저자, 성균관대), 김무강 연구원(참여저자, 서울의대 심혈관센터), 최의근 교수(참여저자, 서울의대 순환기내과), 김동순 박사(참여저자, 한국전자부품연구원)
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□ 심장박동기, 인슐린펌프 등 체내 삽입형 의료기기의 전원공급을 위해 상당한 출력의 외부전력을 무선으로 체내로 전송하기 위해서는 생체 영향력 부분을 고려해야 했다.
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ㅇ 이에 심장박동이나 혈류, 근육운동 등 생체 내 기계적 에너지를 전기에너지로 변환하려는 에너지 수확 연구가 지속되었으나체내에서 발생하는 기계적 에너지가 작아 충분한 발전효과를 내기 어려웠다.
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□ 연구진은 실제 검진 및 치료 등에 사용되는 인체에 무해한 초음파에서 힌트를 찾아냈다.
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ㅇ 외부의 초음파가 체내에 삽입된 특정 소재의 변형을 가져오고 변형에 따른 진동으로 유도되는 마찰전기를 이용해 높은 수준의 전기에너지를 발생시킬 수 있음을 입증했다.
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□ 쥐 또는 돼지의 심장박동을 전기에너지로 변환하고자 마찰전기를 이용한 경우가 있었지만 발생 전력량이 미미하여 실제 전력원으로 사용하기는 어려운 상황이었다.
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ㅇ 이번 연구에서는 생체를 투과할 수 있는 초음파를 외부 기계적 에너지원으로 이용해 출력 전류를 천 배 이상 끌어 올린 것이다.
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□ 실제 연구진은 쥐와돼지 피부에 마찰전기 발생소자를 삽입하고 외부에서 초음파로 마찰전기를 유도함으로써 실제 생체 환경에서 에너지 수확을 통한 발전(發電)이 가능함을 입증하였다.
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ㅇ 돼지 지방층1cm 깊이에 삽입된 발전소자로부터 심장박동기나 신경자극기를 구동할 수 있는 수준의 출력(0.91 V의 전압, 52.5 μA)을 얻어 낸 것이다.
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□ 나아가 개발된 마찰전기 발전소자로 최적의 조건에서 박막형 리튬이온 배터리(0.7 mAh, IoT용 무선 온도센서 상시구동이 가능한 용량)와 상업용 축전기(4.7 mF)를 완충하는데 성공했다.
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ㅇ 김상우 교수는 “피부층을 통과한 초음파에 의한 마찰전기를 이용한 새로운 방식의 체내 에너지 수확(energy harvesting) 개념을 제시한 것”이라며, “인체 삽입형 의료 시스템 산업에 새로운 이정표를 제시할 것으로 기대된다.”라고 의의를 밝혔다.
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[자료제공 :
(www.korea.kr)]
