몸만 움직여도 전력 공급 나노발전기 개발

KAIST의 이건재(이번 논문 교신저자) 교수 연구팀과 연세대 세브란스 병원 심장과의 정보영 교수 연구팀이, 부정맥(arrhythmia) 등으로 고통을 받는 환자의 심장에 이식된 인공심장 박동기(artificial cardiac pacemaker)에 반영구적으로(operated semi-permanently) 전력을 공급, 어깨에 부착할 수 있는(Wearable), 플렉스(휘는)한 압전효과의 나노발전기(a flexible piezoelectric nanogenerator)를 개발했다.

또한 세계 최초로 데모하고, 2014417일자의 어드밴스트 머트리얼(Advanced Materials) 지의 온라인 판에 논문을 발표했다(Hwang & Lee et al., 17 Apr 2014). 이건재 교수는 몸에 부착할 수 있는 배터리와 휘고 접고 마는 배터리 분야의 최고 전문가이다. 이번 나노발전기는 압전효과에 따라 몸의 움직임만으로 전력을 공급하는 것이다.

* Science Daily – First demonstration of a self-powered cardiac pacemaker(23 Jun 2014)

http://www.sciencedaily.com/releases/2014/06/140623120316.htm 

* Hwang & Lee et al., "Self-Powered Cardiac Pacemaker Enabled by Flexible Single Crystalline PMN-PT Piezoelectric Energy Harvester", Advanced Materials, DOI: 10.1002/adma.201400562, Article first published online: 17 APR 2014. http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201400562/abstract

 140623120316-large<사이언스 데일리의 그림 설명> 이식된 심장 박동기에 반영구적으로 전원을 공급하는 어깨에 부착할 수 있는 웨어러블한 압전효과 에너지 수확기(piezoelectric energy harvester). Credit: KAIST

 

이건재 교수 팀은 이 에너지 수확기를 이용해 실제 살아있는 쥐의 심장에 이식한 심장 박동기를 작동시켰다. 쥐의 자그마한 몸의 움직임만으로 전력을 공급한 것이다.

이번 논문은 심장 박동기에 전기를 공급해 생명을 연장 할 수 있다는 것 뿐만 아니라 더 나아가 실시간(real-time)으로 심장의 박동을 모니터링 할 수도 있다. 더 나아가 몸에 이식된 마이크로 이식기들(micro-implants)에도 전원을 공급할 수 있어 생체인터넷 시대가 오면 다양하게 사용할 수 있다는 평가를 받고 있다.

연구팀은 싱글크리스털 PMN-PT 초박막 필름을 이용해 고성능의 플렉스한 나노발전기를 조립했다. 이를 통해 수확된 에너지는 8.2V에서 0.22mA에 이른다. 이 정도면 쥐에 이식된 심장 박동기를 충분히 작동시킬 수 있다.

 

차원용 소장/교수/MBA/공학박사/미래학자 

아스팩기술경영연구소(), 국제미래학회 과학기술위원장, ()창조경제연구회 이사, ()한국지식재산상업화협회 부회장연세대학원/KAIST IP-CEO 겸임교수