체온으로 LED 켰다… 웨어러블 소자 상용화 성큼

ETRI, 열전 복합 모듈 개발
손목패치 6개 붙여 전압 증폭
LED전광판에 ETRI글씨 점등


사람의 체온으로 전기를 만드는 열전소자가 개발돼 웨어러블 기기나 사물인터넷 전원 등으로 널리 쓰이는 시대가 성큼 다가왔다.

한국전자통신연구원(ETRI)은 사람의 체온에서 나오는 열로 전기를 생산하는 '열전 복합 모듈'을 개발했다고 15일 밝혔다.

가로 5㎝, 세로 11㎝ 크기의 파스 형태인 모듈은 체온의 열에너지를 전기로 변환한 후 이를 증폭시켜 웨어러블 소자 전원으로 사용할 수 있다.

파스 형태의 구조체를 피부에 붙였을 때 피부와 구조체 간 온도차이가 발생하는 데, 이를 땀샘과 같은 구조로 만들어 에너지 효율을 극대화시킨 '생체모사 히트싱크' 기술이 핵심이다. 이를 통해 기존 제품에 비해 열전소자 출력을 5배 가량 높였다.

또한 낮은 전압에서도 효율이 80% 이상 유지되면서 충전이 가능한 전압으로 키워 변환시켜 주는 '전력관리 회로' 기술도 접목했다.

특히 연구팀은 소자 출력을 미국에서 발표한 20마이크로 와트(㎼)에 비해 1.5배 향상된 35㎼를 달성했다. 또 소자 6개를 묶어 모듈화할 경우, 상용화 수준인 최대 2∼3밀리와트(㎽) 출력을 내 사람 체온으로 에너지를 지속적으로 얻을 수 있음을 확인했다.

실제로 연구팀은 성인 손목에 패치를 6개 붙여 전압을 증폭시켜 배터리 없이 사람의 체온만으로 LED 전광판에 'ETRI'라는 글씨를 점등하는 데 성공했다.

아울러 피부에 닿는 부위는 나노계층을 사용해 자연스럽게 흡착되도록 건식접착 방식을 적용했고, 모듈 바깥 부위는 쉽게 찢어지지 않도록 마이크로 계층을 사용했다. 안정성과 편의성을 위해 마이크로와 나노 하이브리드 구조로 개발한 것이다.

연구팀은 패치 착용 시 불편함을 없애면서 심미감과 움직이는 상황 등을 고려해 전력관리 회로 등을 하나의 칩으로 구현하기 위한 후속연구를 진행하고 있다. 이 기술은 2∼3년 내 상용화 가능할 것으로 연구팀은 전망했다.

문승언 ETRI ICT소재연구그룹장은 "열전 소자가 상용화되면 웨어러블 소자나 사물인터넷 기기의 전원, 하드웨어 플랫폼 등으로 활용돼 디지털 헬스케어나 스마트홈, 스마트시티 등에 새로운 서비스를 제공할 수 있을 것"이라고 말했다.

한편 이 기술은 과기정통부가 선정한 '2018년 국가연구개발 우수성과 중 기계소재분야 최우수 성과'로 꼽혔다.
대전=이준기기자 bongchu@