인체를 웨어러블 배터리로?

신축성과 자동 복구 기능을 갖추고 완전 재활용 가능한 열전 발전 장치 웨어러블 개념을 개발했다. 이 같은 개념을 이용하면 착용자 자신이 사물인터넷에 전력을 공급하게 될 날이 올지도 모른다.

학술지 사이언스어드밴스드(Science Advances)에 게재된 논문에 따르면 연구팀은 액체 금속 배선 등을 열전 모듈 칩과 결합해 유연한 기계 구조를 만들어내는 데 성공했다는 것. 다시 말해 신축성이 높은 소재에 칩을 탑재해 자가 복구가 가능한 건 물론 여러 아키텍처에 재배치할 수 있는 장치 개념이 생긴 것이다. 또 1cm² 당 1볼트라는 회로 전압을 실현했다.

이는 한마디로 말하자면 열을 모아 대량 전력을 얻을 수 있게 된다는 것. 딱딱한 고체물이 아니어도 내구성 걱정이 없다는 것이다. 열전 발전기가 대단한 건 열에서 에너지를 모아 발전할 수 있다는 것이다. 이게 실현된다면 디바이스는 크게 발전할 수 있다.

이론상 열전 기술을 이용하면 체온을 전기로 변환해 장치에 전력을 공급하는 것도 가능하다. 충전 자체 필요성이 없어지는 건 물론 이렇게 되면 스마트워치 등 웨어러블 배터리 문제는 모두 이론상 얘기지만 해결할 수 있다.

물론 그냥 웨어러블 장치나 내부 센서는 지금 단계 열전 발전기가 생산 가능한 전력보다 많은 전기가 필요하다. 이게 문제다. 더구나 스마트워치와 웨어러블이 가혹한 환경에 노출될 수 있다. 스마트워치를 착용한 채 식기를 씻는 것 같은 행동은 전기 제품에 친화적이라고 할 수는 없다.

지금까지 열전 발전기 칩은 딱딱하고 부서지기 쉬운 게 정설이지만 연구팀은 신축성 있는 소재에 칩을 넣는 방법을 발명했다는 것 자체는 큰 도약이라고 할 수 있다. 또 6×25cm를 착용하면 걷는 것만으로 5볼트 전력을 생산할 수 있다. 이 정도면 무선 주파수 통신 저전력 센서 노드를 직접 구동하는데 충분하다는 설명이다. 아직 시작 단계지만 실현 가능한 시작이 된 셈이다.

하지만 이번 개발에서 더 대단한 건 디바이스가 자가 치유를 한다는 것이다. 액체 금속 배선을 사용하고 있기 때문에 만일 손상되어도 90분이면 두 부품을 연결해 전도성을 회복시킬 수 있다. 어떤 의미에선 장치를 절단하고 다양한 구성으로 재연결할 수도 있다는 얘기다.

또 이 장치는 특정 용액에 담그는 것으로 간단하게 개별 구성 요소를 분해할 수 있다. 이 용액을 이용해 새로운 폴리이민 필름을 만들고 다시 열전 발전 장치를 생성할 수도 있다. 이는 전자 제품 폐기물 감소 관점에서 흥미로운 것이다. 지금 배터리는 친환경적이지 못하고 웨어러블 제조사는 1∼2년에 한번씩 그다지 필요하지도 않은 업그레이드를 고객에게 강제하고 있다. 일부 제조사는 스마트폰과 스피커 재화용 프로그램을 도입하고 있지만 피트니스 트래커와 스마트워치에선 상당수가 그렇지 못하다. 이번 발명은 배터리에 대한 의존도를 줄여줄 뿐 아니라 재활용 측면에서도 장점이 있어 미래에 이런 기술을 활용해 제조사가 사용한 웨어러블을 회수해 컴포넌트를 재사용하는 시대가 올지도 모른다.

물론 연구는 아직 초기 단계로 웨어러블 제조사가 소비자 제품에 이를 채택할지 여부를 보장할 수 있는 단계도 아니다. 구현에 이르려면 비용 효율적이고 확장성과 사용자가 쓰기 쉬운 장치여야 한다. 하지만 그럼에도 앞으로 추가 연구 가치가 있는 건 분명하다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.