신축성 있는 웨어러블 기기, 체온을 전력으로 전환

피트니스 트래커와 기타 웨어러블 기기의 단점 중 하나는 배터리가 결국 고갈된다는 것이다. 하지만 미래에 웨어러블 기술이 체온을 사용하여 스스로 전력을 공급할 수 있다면 어떨까?

새로운 유연하고 내구성 있는 전자 프로토타입은 체온에서 에너지를 수확하여 배터리, 센서 또는 LED와 같은 소형 전자 제품에 전력을 공급하는 데 사용할 수 있는 전기로 전환할 수 있다.

이 기기는 또한 탄력성이 있어 여러 번 찔리고 2,000번 늘어져도 여전히 작동한다.

이 팀은 Advanced Materials에 실린 논문에서 이러한 프로토타입에 대해 자세히 설명했다.

워싱턴 대학교 기계 공학 조교수이자 수석 저자인 모하마드 말라쿠티는 "나는 오래전에 이런 비전을 떠올렸다."라고 말한다.

"이 기기를 피부에 붙이면 체온을 사용하여 LED에 직접 전력을 공급한다. 기기를 켜는 즉시 LED가 켜진다. 이전에는 불가능했다."

전통적으로 열을 사용하여 전기를 생성하는 장치는 단단하고 부서지기 쉽지만, 말라쿠티와 그의 팀은 이전에 매우 유연하고 부드러운 장치를 만들어서 누군가의 팔 모양에 맞출 수 있었다.

이 장치는 처음부터 설계되었다. 연구원들은 시뮬레이션을 통해 재료와 장치 구조의 최상의 조합을 결정한 다음 실험실에서 거의 모든 구성 요소를 만들었다.

이 장치에는 세 가지 주요 층이 있다. 중앙에는 열을 전기로 변환하는 작업을 하는 단단한 열전 반도체가 있다. 이 반도체는 열전도도가 낮은 3D 인쇄 복합재로 둘러싸여 있어 에너지 변환을 향상시키고 장치의 무게를 줄인다. 신축성, 전도성 및 전기적 자가 치유를 제공하기 위해 반도체는 인쇄된 액체 금속 트레이스로 연결된다.

또한 액체 금속 방울은 반도체로의 열 전달을 개선하고 금속이 실온에서 액체 상태를 유지하기 때문에 유연성을 유지하기 위해 외부 층에 내장된다. 반도체를 제외한 모든 것은 말라쿠티의 연구실에서 설계 및 개발되었다.

이러한 기기는 웨어러블 기기 외에도 다른 응용 분야에서도 유용할 수 있다고 말라쿠티는 말한다. 한 가지 아이디어는 이러한 기기를 뜨거워지는 전자 기기와 함께 사용하는 것이다.

말라쿠티는 "이것을 따뜻한 전자 기기에 붙이고 그 과도한 열을 사용하여 작은 센서에 전원을 공급하는 것을 상상해 보라."라고 말한다. "이것은 특히 서버와 컴퓨팅 장비가 상당한 전기를 소비하고 열을 발생시켜 냉각을 위해 더 많은 전기가 필요한 데이터 센터에서 유용할 수 있다.”

"우리 기기는 그 열을 포착하여 온도 및 습도 센서에 전원을 공급하는 데 재활용할 수 있다. 이 접근 방식은 전체 에너지 소비를 줄이면서 상태를 모니터링하는 독립형 시스템을 만들기 때문에 더 지속 가능하다. 게다가 유지 관리, 배터리 교체 또는 새 배선 추가에 대해 걱정할 필요가 없다."

이러한 기기는 역으로도 작동하여 전기를 추가하면 표면을 가열하거나 냉각할 수 있어 응용 분야에 또 다른 길이 열린다.

말라쿠티는 "언젠가는 이 기술을 가상현실 시스템 및 기타 웨어러블 액세서리에 추가하여 피부에 뜨겁고 차가운 감각을 만들거나 전반적인 편안함을 향상시키기를 바라고 있다."라고 말한다.

"하지만 아직은 그렇지 않다. 현재로서는 효율적이고 내구성이 뛰어나며 온도 피드백을 제공하는 웨어러블부터 시작하고 있다."

출처: 워싱턴 대학교