사람 몸 안에 있는 의료기기의 배터리를 초음파로 무선 충전할 수 있는 기술을 국내 연구진이 세계 최초로 개발했다.
대구경북과학기술원(DGIST)은 전기전자컴퓨터공학과 장진호 교수 연구팀이 인체 삽입형 의료기기의 배터리를 초음파로 무선 충전할 수 있는 압전 소자 기반 고성능 에너지 하베스터를 개발했다고 25일 밝혔다. 이 기술은 30mAh 배터리를 무선 충전으로 1시간 20분이면 완전히 충전할 수 있다.
최근 고령화와 질병, 사고 등으로 신체나 장기 기능에 발생한 장애를 극복하기 위해 인체 삽입형 의료기기를 사용하는 경우가 많아지고 있다. 하지만 의료기기의 배터리 충전기술 문제로 활용도가 제한적인 상황이다. 배터리를 교체하기 위해 수술까지 해야 하는 경우도 잦다.
이 문제를 해결하기 위해 의료기기 배터리를 초음파를 활용해 무선으로 빠르게 충전할 수 있는 기술에 대한 연구가 활발하게 진행 중이다. 장진호 교수 연구팀은 초음파 기반 고효율 에너지 변환 송수신기 제작에 성공했다. 넓은 영역에 초음파가 집중적으로 모이도록 설계해 송신기를 만들고, 송신한 초음파의 에너지가 모이는 영역과 크기가 동일한 직사각형 형태의 수신기를 제작했다.
이렇게 만든 무선 충전 송신기와 수신기 사이에 50㎜의 간격을 두고 실험을 진행한 결과, 배터리 완충까지 물에서는 1시간 20분, 생체조직(돼지)에서는 1시간 50분이 걸렸다. 이번 연구 결과는 지금까지 발표된 초음파 기반 무선 전력 전송 기술과 비교해 최소 6.6배 전력 생산 효율을 높이는 데 성공했다.
장진호 교수는 “향후 고효율 전력 반도체와 배터리 제어 반도체 등을 개발할 수 있는 반도체 전문가와 협업을 통해 상용 배터리를 1시간 안에 완충할 수 있는 초음파 기반 고성능 무선 전력 전송 시스템을 개발하고, 상용화까지 추진하고자 한다”고 말했다.
참고자료
Nano Energy(2024), DOI : https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2024.109618