크레딧: 워싱턴 대학교

피트니스 트래커 및 기타 웨어러블 장치의 단점 중 하나는 배터리가 결국 부족하다는 것입니다. 하지만 미래에 웨어러블 기술이 체온을 이용해 전력을 공급할 수 있다면 어떨까요?

UW 연구원들은 체열에서 에너지를 수확하여 배터리, 센서 또는 LED와 같은 소형 전자 제품에 전력을 공급하는 데 사용할 수 있는 전기로 전환할 수 있는 유연하고 내구성 있는 전자 프로토타입을 개발했습니다. 이 장치는 또한 탄력성이 있어 여러 번 구멍을 뚫은 다음 2,000번 늘린 후에도 여전히 작동합니다.

연구팀은 8월 30일 어드밴스드 머터리얼즈(Advanced Materials)에 발표된 논문에서 이러한 프로토타입에 대해 자세히 설명했습니다.

"나는 오래전에 이 비전을 가지고 있었습니다. 이 장치를 피부에 대면 체온을 사용하여 LED에 직접 전원을 공급합니다. 장치를 착용하자마자 LED가 켜집니다. 이전에는 불가능했던 일이죠"라고 UW 기계공학과 조교수인 선임 저자 Mohammad Malakooti는 말했습니다.

전통적으로 열을 사용하여 전기를 생산하는 장치는 단단하고 부서지기 쉽지만, Malakooti와 그의 팀은 이전에 사람의 팔 모양에 맞출 수 있도록 매우 유연하고 부드러운 장치를 만들었습니다.

연구원들은 재료와 소자 구조의 최상의 조합을 결정하기 위해 시뮬레이션으로 시작한 다음 실험실에서 거의 모든 구성 요소를 만들었습니다.

세 가지 주요 계층이 있습니다. 중앙에는 열을 전기로 변환하는 작업을 하는 단단한 열전반도체가 있습니다. 이 반도체는 열전도율이 낮은 3D 프린팅 복합재로 둘러싸여 있어 에너지 변환을 향상시키고 장치의 무게를 줄입니다.

신축성, 전도성 및 전기적 자가치유를 제공하기 위해 반도체는 인쇄된 액체 금속 트레이스와 연결됩니다. 또한 액체 금속 방울이 외부층에 내장되어 반도체로의 열전달을 개선하고 금속이 실온에서 액체 상태를 유지하기 때문에 유연성을 유지합니다. 반도체를 제외한 모든 것이 Malakooti의 실험실에서 설계되고 개발되었습니다.

웨어러블 외에도 이러한 장치는 다른 응용 분야에서도 유용할 수 있다고 Malakooti는 말했습니다. 한 가지 아이디어는 뜨거워지는 전자 제품과 함께 이러한 장치를 사용하는 것입니다.

"이것을 따뜻한 전자 제품에 붙이고 과도한 열을 사용하여 소형 센서에 전력을 공급하는 것을 상상할 수 있습니다. 이는 서버와 컴퓨팅 장비가 상당한 전기를 소비하고 열을 발생시켜 냉각을 유지하기 위해 훨씬 더 많은 전기가 필요한 데이터 센터에 특히 도움이 될 수 있습니다.

우리 장치는 그 열을 포착하여 온도 및 습도 센서에 전력을 공급하는 데 용도를 변경할 수 있습니다. 이 접근 방식은 전체 에너지 소비를 줄이면서 상태를 모니터링하는 독립형 시스템을 만들기 때문에 더 지속 가능합니다. 또한 유지 보수, 배터리 교체 또는 새 배선 추가에 대해 걱정할 필요가 없습니다."

이러한 장치는 전기를 추가하면 표면을 가열하거나 냉각할 수 있다는 점에서 역방향으로 작동하여 응용 분야에 대한 또 다른 길을 열어줍니다.

"우리는 언젠가 이 기술을 가상 현실 시스템 및 기타 웨어러블 액세서리에 추가하여 피부에 뜨겁고 차가운 느낌을 주거나 전반적인 편안함을 향상시키기를 희망합니다. 지금은 효율적이고 내구성이 뛰어나며 온도 피드백을 제공하는 웨어러블 기기부터 시작하고 있습니다."

이상의 기사는 2024년 9월 10일 TechXplore에 게재된 “Stretchable, wearable device lights up an LED using only the warmth of skin”제목의 기사 내용을 편집하여 작성하였습니다.

* 원문정보 출처 : Stretchable, wearable device lights up an LED using only the warmth of skin

* 추가정보 출처 : 3D Soft Architectures for Stretchable Thermoelectric Wearables with Electrical Self‐Healing and Damage Tolerance - Han - 2024 - Advanced Materials - Wiley Online Library

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