드론 체공시간 문제 해결되나…전기에너지 스스로 생산하는 실 개발

[산업일보]
드론의 상용화는 이미 꽤 진전된 상태다. 하지만 드론의 장시간 비행을 저해하는 ‘짧은 체공시간’이 고질적인 문제로 꼽혀왔다. 또한 인공근육 역시 에너지를 외부에서 공급해야만 움직일 수 있어 활용에 제한이 있었다.

그러나 이제 이러한 문제들이 해결될 수 있는 가능성이 열렸다. 한양대학교 김선정 교수 연구팀이 수축 이완하거나 회전할 때 전기 에너지를 저절로 생산하는 최첨단 실(yarn)을 개발했다고 과학기술정보통신부(이하 과기정통부)는 밝혔다.

연구팀은 탄소나노튜브를 꼬아서 코일 형태의 트위스트론 실(탄소나노튜브 인공근육)을 제조했다. 이 실을 전해질 속에서 잡아당기면 꼬임이 증가하면서 부피가 감소하게 되는데 그 과정에서 전하를 저장할 수 있는 전기용량이 감소하고, 전기용량 변화량만큼 전기에너지를 생산하게 된다.

트위스트론 실은 19.2밀리그램(mg)만으로도 2.3볼트(V)의 초록색 LED 전등을 켤 수 있으며, 초당 30회 정도의 속도로 수축 이완할 때 킬로그램(kg)당 250와트(W)의 전력을 생산할 수 있다.

연구팀은 파도나 온도변화를 활용해 트위스트론 실이 스스로 전기 에너지를 생산하는 실험을 실시했으며, 에너지 하베스터(열, 진동, 음파, 운동, 위치에너지 등 주변에서 일상적으로 버려지거나 사용하지 않는 작은 에너지를 수확해 사용가능한 전기에너지로 변환하는 장치)로서의 응용가능성을 입증했다고 밝혔다.

트위스트론 실에 풍선을 매달아 바다 속에 직접 넣으면 파도가 칠 때마다 전기에너지가 생산됐고, 공기 중 온도변화로 움직이는 나일론 인공근육과 트위스트론 실을 연결했을 때에도 전기에너지가 저절로 생산되는 것을 확인했다. 또한, 트위스트론 실로 꿰맨 티셔츠를 입고 호흡할 때마다 실의 신축 변화에 의해 생성되는 전기적 신호를 검출해 외부에서 전원공급이 필요 없는 자가구동 센서로써의 가능성을 보여주기도 했다.

김선정 교수는 ‘트위스트론 에너지 하베스터는 실의 직경을 증가시키거나 병렬 연결함으로써 에너지 하베스터 스케일 업의 가능성이 있으며, 가격 경쟁력이 확보된다면 해양으로부터 엄청난 양의 전기 에너지 수확이 가능할 것”이라고 전한 뒤, “기존 배터리와는 달리, 반영구적으로 무제한 전기 에너지를 생산할 수 있는 트위스트론 실은 휴대폰 및 드론에 연속적 전원을 공급하는 등 다양하게 응용될 것으로 기대된다”고 연구의 의의를 설명했다.