(요약/배경) 전원프리, 즉 무전원으로 전자센서를 제어하는 기기를 설계하고자 한다, 그런데 일반적으로 모든 기기는 5Vcc 및 접지 등의 전원이 꼭 필요하다. 무전원으로 어떻게 기기동작이 가능한 지를 잘 모르겠다. 본 기술에 대한 궁금증이 많다. 관련 전문가의 답변을 구한다.

(무전원 전자센서제어방식) 무선주파수 신호를 통해 전력을 얻어 동작하는 신형 통신 시스템을 이용한다. 구체적으로 예를 들어, 안테나를 이용해 와이파이 무선주파수 신호를 수집하고, 이를 전력으로 변환시키는 ‘주위환경 후방산란(Ambient Backscatter)’이라는 기술이 적용된다. 카드 크기의 회로판 모양인 이 시스템은 공기 중에 떠다니는 다양한 무선주파수의 신호를 감지하여 이를 수천 마이크로와트(㎼)의 전력으로 변환하여 준다. 또한 기타 전기량은 쌀알 크기 정도의 극소형 솔라셀에 의해 주변의 광원을 수집하여 전기 생산이 가능하다.

그림1. 무선주파수 신호이용 센서기기전원공급방식

(주변 에너지 하베스팅 무전원 기기시스템 ) 압전효과 발견 이후 소자 및 공정 기술이 활발히 진행중이며, 최근 마이크로 합성섬유 등의 신소재가 개발되면서 연구에 활기를 띠고 있음. 브라질은 빈민가 축구장에 압전소자를 활용한 타일을 설치하여 낮에 생산한 에너지를 저장하여 야간에 조명전력으로 사용. 두 종류의 금속이나 반도체의 양 끝을 접합한 부분에 발생하는 온도차가 전압으로 직접 변환되는 현상으로 온도에 따른 자유전자의 에너지가 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동하는 에너지 평형을 유지하는 원리. 제벡효과를 이용함. 침낭의 인체 마찰열을 통해 발전된 전력을 스마트폰 충전에 활용. 사람의 호흡을 이용하여 스마트폰을 충전하는 풍력발전 마스크 개발. Bell Lab.이 개발한 실리콘 기반의 태양전지가 최초의 광전 하베스팅 기술이며 현재 개발된 차세대 태양전지의 최고 효율은 44%에 달함. (전자기) 안테나로 RF교류전파를 수집하여 직류로 전환하는 정류기를 통해 전기에너지로 전환하는 프리볼트 기술 개발함.

그림2. 압전/열전/광전기 하베스팅 무전원 전자기기제어

Tip

전자센서기기 제어를 무전원화하는 기술을 소개함. 무선주파수 신호를 통해 전력을 얻어 동작하는 신형 통신 시스템을 이용하는 방법과 주변 압전/열전/광전의 에너지 하베스팅기술을 이용하는 방안이 있다. 본 기술은 향후 에너지프리로 가는 획기적인 기술이므로 창업아이템으로 신선한 기술에 해당된다.

<참고자료> ☞ 본문 답변과 관련된 사이트, 문헌자료

www.google.com/patents/WO2016144059A1?cl=ko

www.google.com/patents/WO2012161496A2?cl=ko

<전문용어>

무전원 전자센서제어, 에너지 하베스팅, 압전/열전/광전기술