자신의 몸에서 만들어진 마찰전기로 생체 삽입형 의료기기를 언제나 충전할 수 있는 ‘에너지 수확(energy harvesting)’ 기술이 나왔다. 심장박동기, 인슐린 펌프 등 생체 삽입형 의료기기 전원공급에 큰 변화가 일 것으로 전망된다.

국내 연구팀이 배터리 교체를 위한 주기적 시술 없이 체내에서 생성된 마찰전기로 생체 삽입형 의료기기를 상시 충전하는 새로운 방식의 ‘에너지 수확’ 기술을 개발했다.

심장박동기, 인슐린 펌프 등 체내 삽입형 의료기기의 전원공급을 위해 상당한 출력의 외부전력을 무선으로 체내로 전송하기 위해서는 생체 영향력 부분을 고려해야 했다. 심장박동이나 혈류, 근육운동 등 생체 내 기계적 에너지를 전기에너지로 변환하려는 에너지 수확 연구가 이어져 오고 있다. 체내에서 발생하는 기계적 에너지가 작아 충분한 발전 효과를 내기 어려웠다.

연구팀은 실제 검진과 치료 등에 사용되는 인체에 해가 없는 초음파에서 실마리를 찾았다. 외부 초음파가 체내에 삽입된 특정 소재의 변형을 가져오고 변형에 따른 진동으로 유도되는 마찰전기를 이용해 높은 수준의 전기에너지를 발생시킬 수 있음을 입증했다.

쥐 또는 돼지의 심장박동을 전기에너지로 변환하고자 마찰전기를 이용한 경우는 있었다. 발생 전력량이 아주 적어 실제 전력원으로 사용하기는 어려운 상황이었다. 이번 연구에서는 생체를 투과할 수 있는 초음파를 외부 기계적 에너지원으로 이용해 출력 전류를 1000배 이상 끌어 올렸다.

연구팀은 쥐와 돼지 피부에 마찰전기 발생 소자를 삽입하고 외부에서 초음파로 마찰전기를 유도했다. 실제 생체 환경에서 에너지 수확을 통한 발전(發電)이 가능함을 증명했다. 돼지 지방층 1cm 깊이에 삽입된 발전 소자로부터 심장박동기나 신경 자극기를 구동할 수 있는 수준의 출력을 얻어냈다.

이번에 개발된 마찰전기 발전 소자로 최적의 조건에서 박막형 리튬이온 배터리와 상업용 축전기를 완충하는 데 성공했다.

이번 연구는 김상우 성균관대 교수 연구팀이 수행했다. 연구결과는 국제학술지 '사이언스(Science)' 8월 2일자(논문명 : Transcutaneous ultrasound energy harvesting using capacitive triboelectric technology)에 실렸다.