[에이티엔뉴스=이기종 기자]  한국표준과학연구원(KRISS, 원장 이호성)은 성균관대학교 신소재공학부 김미소 교수팀과 협업을 통해 미세 진동을 좁은 영역에 가두고 증폭하는 메타물질을 개발했다고 27일 밝혔다.

이번 한국표준과학연구원의 "버려지는 미세 진동, 모으고 키워 전기로 쓴다"는 연구결과는 세계적인 학술지인 '메커니컬 시스템 앤 시그널 프로세싱(Mechanical Systems and Signal Processing)'에 2월 게재돼 공개됐다.

해당 학술지에 게재된 논문명은 "Finite elastic metasurface attachment for flexural vibration amplification"이다. 

표준연 물리측정본부 등의 이번 협업연구 특성은 버려지는 진동을 전기에너지로 변환하는 ‘에너지 하베스팅’의 생산 전력량을 높이는데 중점을 두고 있다. 

에너지 하베스팅은 열, 빛, 진동의 형태로 버려지는 에너지를 전기에너지로 변환하는 기술이며 햇빛을 에너지원으로 이용하는 태양광 발전이 흔히 사용되지만 기상 조건과 지형에 따라 전력 생산이 불가하거나 생산량이 일정하지 않은 것이 단점이다.

반면 언제 어디서나 존재하는 진동을 에너지원으로 이용하면 환경적 제약에서 벗어나 안정적인 전력 생산이 가능하다.

하지만 진동 에너지 하베스팅의 생산 전력량이 낮고 생산 비용은 높아 실용성이 떨어진다는 점이다.

연구과정을 보면 KRISS가 개발한 메타물질은 물질 내부로 들어온 미세한 진동을 가두고 축적해 45배 이상 증폭했다.

이를 통해 적은 양의 압전소자를 사용하더라도 큰 전력을 생산할 수 있었고 이후 연구진은 메타물질을 적용한 진동 에너지 하베스팅으로 기존 기술보다 네 배 이상 큰 단위 면적당 전력을 생산하는 데 성공했다.

이 연구결과에 의하면 이번에 개발한 메타물질은 성인 손바닥 면적 정도로 작고 얇은 평면 구조로 제작돼 진동이 발생하는 곳이 어디든 쉽게 부착할 수 있다.

아울러 부착하는 대상의 구조에 맞게 변형도 가능해 고층 빌딩·교량의 손상을 점검하는 진단 센서부터 건강 상태를 모니터링하는 소형 바이오 센서까지 적용 분야가 다양할 것으로 전망했다.

이 연구결과와 관련해 KRISS 음향진동초음파측정그룹 이형진 선임연구원은 “이번 연구는 진동을 일시적으로 가두는 표면형 메타물질을 이용해 진동을 축적하고 증폭하는 데 성공한 세계 최초의 사례”라고 설명했다. 

이어 비파괴측정그룹 승홍민 선임연구원은 “메타물질은 일반 센서로 측정이 어려운 초미세 진동을 크게 증폭함으로써 차세대 고정밀·고민감도 센서 개발에도 활용될 수 있을 것”이라고 말했다. 

이 연구는 과학기술정보통신부 데이터과학기반 차세대 비파괴검사기술개발 및 중견연구자지원사업, 환경부 상하수도 혁신기술 개발사업, KRISS 기본사업의 지원을 받았다.