자가구동 호흡센서로써 응용 가능성. (사진=과기정통부 제공)
티셔츠에 트위스트론 실을 꿰매서 삽입하고 호흡에 반응하는 자가구동 센서를 만들었다. 사람이 트위스트론 실로 꿰맨 티셔츠를 입고 호흡을 할 때마다 가슴의 넓이가 변화되는 것을 이용해 전기 에너지가 발생된다. 이를 측정하여 호흡의 크기, 주기 등을 실시간으로 센싱할 수 있다.
국내 연구팀이 수축·이완하거나 회전할 때 전기 에너지를 저절로 생산하는 최첨단 실을 개발했다.
김선정 교수 연구팀은 탄소나노튜브를 꼬아서 코일 형태의 트위스트론 실을 제조했다.
이 실을 전해질 속에서 잡아당기면 꼬임이 증가하면서 부피가 감소된다. 그 결과 전하를 저장할 수 있는 전기용량이 감소하고, 전기용량 변화량만큼 전기에너지를 생산하게 된다.
트위스트론은 Twist(꼬다)와 –tron('기구'라는 의미)의 합성어로서, 트위스트론 실은 과도하게 꼬여진 고무밴드 같은 코일형태의 실을 말한다.
트위스트론 실은 19.2밀리그램(mg)만으로도 2.3볼트(V)의 초록색 LED 전등을 켤 수 있다. 이 실은 초당 30회 정도의 속도로 수축 이완할 때 킬로그램(kg)당 250와트(W)의 전력을 생산할 수 있다.
동해 경포대 바다에서 실험한 장치 모식도와 실험 사진.(사진=과기정통부 제공)
연구팀은 파도나 온도변화를 활용해 트위스트론 실이 스스로 전기 에너지를 생산하는 실험을 통해 에너지 변환장치로서의 응용가능성을 입증했다.
트위스트론 실에 풍선을 매달아 바다 속에 직접 넣으면 파도가 칠 때마다 전기에너지가 생산되었고, 공기 중 온도변화로 움직이는 나일론 인공근육과 트위스트론 실을 연결했을 때에도 전기에너지가 저절로 생산되었다.
김선정 교수는 "기존 배터리와는 달리 반영구적으로 무제한 전기 에너지를 생산할 수 있는 트위스트론 실은 해양에서의 대량 전기 생산, 휴대폰 및 드론에 연속적 전원공급 등 다양하게 응용될 것으로 기대된다"고 연구 의의를 설명했다.
김선정 교수 연구팀의 연구내용은 세계적인 학술지 사이언스 8월 25일자에 게재되었다.