“옷깃만 스쳐도, 바람만 불어도 충전되는 스마트폰이 나올까.”

경남 진주 한국세라믹기술원 조성범 박사와 성균관대 방창현 교수 연구팀은 머리카락을 닮은 나노 구조물을 이용해 마찰전기 에너지 수확의 효율을 크게 높일 수 있는 소자를 개발했다고 13일 밝혔다. 이 연구팀은 수평 방향 등 모든 방향의 움직임을 수직 방향으로 바꿔주는 머리카락 모양의 나노 구조물들을 기존 마찰전기 소자 위에 부착하는 방식을 제안, 에너지 수확 효율을 크게 높였다.

머리카락 모양의 작은 구조물이 마치 기차 선로전환기 역할을 해 버려지는 것 없이 모든 방향의 움직임으로부터 에너지를 수확할 수 있도록 고안한 것이다.

이렇게 만든 소자를 옷감에 부착한 결과 지폐를 팽팽하게 편 것의 1/5의 힘에 불과한 0.2파스칼(Pa) 이하의 아주 적은 수평 방향 압력에도 반응하는 것을 확인했다.

심지어 옷깃이 흔들릴 정도의 아주 작은 바람에도 마찰전기를 유도할 정도로 에너지 수확 효율이 향상됐다고 연구팀은 강조했다.

연구팀은 나아가 시뮬레이션을 통해 머리카락 모양 구조의 비밀도 알아냈다. 머리카락 모양의 구조체에 형성되는 반복적인 응력분포의 집중 분산 때문에 수평 방향의 힘을 수직 방향으로 변환시키는 것이다.

조성범 박사는 “초소형 사물인터넷 기기와 생체 삽입형 소자에 전원을 공급하는 기기 개발에 기여할 수 있을 것”이라고 말했다.

과학기술정보통신부와 한국연구재단의 이공분야 기초연구사업 지원을 통해 수행된 이 연구는 ‘어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials)’ 2월 13일 자 표지논문에 실렸다.

김인수 기자 iskim@kookje.co.kr