국내 연구진, 체온으로 전기 에너지 생산 ‘인공피부’ 소재 개발

국내 연구진이 체온으로 전기 에너지를 생산하는 인공피부 원천소재를 개발했다.

인하대학교는 강태준 기계공학과 교수가 인천대·한국과학기술연구원(KIST)과 함께 진행한 공동 연구를 통해 준고체 열전 전해질을 활용한 자가발전 인공피부를 개발했다고 31일 밝혔다.

열에너지를 전기로 바꾸는 기술 중 하나로 산화·환원 반응의 온도 민감성을 이용한 액상 열전지 기술이 주목받고 있다. 하지만 액상 전해질은 흘러내리거나 증발하기 쉬워 장시간 사용이 어렵고 내구성도 떨어진다는 문제가 있다.

공동 연구팀은 이를 해결하기 위해 젤 상태로 단단하면서도 유연한 하이드로젤 전해질을 개발하고, 체온을 이용한 전력 생산과 웨어러블 기기의 작동을 가능하게 하는 인공피부를 제작했다.

이번 개발된 하이드로젤은 물을 잘 흡수하는 성질을 가진 고분자와 구조를 튼튼하게 유지해주는 고분자로 구성됐다. 두 고분자의 혼합 비율에 따라 넓은 범위의 탄성계수 조절이 가능하다.

연구팀은 두 고분자의 혼합 비율을 최적화해 사람의 피부와 같은 탄성을 가지면서도 높은 강도를 가진 하이드로젤울 만들었다. 이는 몸에 직접 닿아도 안전한 생체 적합 소재로 인공피부나 웨어러블 기기에 활용하기에 적합한 특성을 보였다.

연구팀은 이렇게 개발한 하이드로젤에 열을 전기로 변환하는 열전 전해질이 스며들면 높은 전력(1.1mW/m²·K²)을 생산할 수 있다는 점도 확인했다고 설명했다.

하이드로젤을 인공피부 센서로 활용했을 때 체온과 외부 온도 차이를 이용해 외부 전력 공급 없이도 스스로 전기를 만들어 작동한 것으로, 인체 움직임을 감지하는 자가구동형 센서로 활용될 수 있다는 점을 입증한 것이다.

강태준 교수는 “이번 연구를 통해 웨어러블 기기가 외부 전원 없이 지속적으로 작동할 수 있는 인공피부 기술의 원천을 확보하게 됐다”며 “스마트 헬스케어, 군사용 센서 등 다양한 분야에 응용할 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.

한국연구재단, 농촌진흥청 국립축산과학원, 한국전자통신연구원의 지원을 받아 수행된 이번 연구결과는 우수한 성과를 인정받아 최근 국제 저명 학술지인 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈’에 표지 논문으로 선정됐다.