연구자,소속,학술지명,논문명,IF,Journal Quartile 항목으로 연구정보를 나열한 표
연구자 |
이상민, 용형석, 홍진기 |
소속 |
기계공학부 |
학술지 명 |
ACS Energy Letters |
논문 명 |
Synchronous generation of electrical and cellular energies via body-mediated energy transfer: inevitable electric field concentration |
IF |
23.991 |
Journal Quartile |
Q1 |
우리 대학 기계공학부 이상민 교수 연구팀이 핸드폰을 잡거나 걷기만 해도 원하는 부위에 전기 에너지와 세포 에너지를 동시에 생성하는 신기술을 개발했다. 배터리나 전선 없이도 구현 가능한 신기술이기에 웨어러블 기술과 전기 자극 기술 상용화에 크게 기여할 연구성과란 평가다.

(왼쪽부터) 이상민 교수, 용형석 박사, 홍진기 교수
최근 우리 대학 기계공학부 이상민 교수 연구팀과 연세대 홍진기 교수 연구팀이 공동연구를 통해 배터리, 전선, 심지어 발전기도 없이 전기 자극(세포 에너지)과 발전(전기 에너지)을 동시에 수행할 수 있는 ‘인체 매개 에너지 전달을 통한 전기/세포 에너지의 동기식 발전’을 구현했다.
전기 자극은 비침습적이며, 화학물질 없이 세포 활성화를 유도한다는 점에서 가장 유망한 스마트 헬스케어 기술로 알려져 있다. 하지만, 병원에 직접 방문해야 전기 자극 치료를 받을 수 있다는 단점이 뚜렷했다. 전기 자극을 포함한 웨어러블 디바이스를 구현하려는 시도들이 있었지만, 배터리, 전선 등 사용자의 불편함을 초래하는 요소들이 있어 실용화 단계로 진입하기 어려웠다. 대안으로 마찰 전기, 압전, 태양광, 열전 소자 등을 통해 전기를 만들 수 있는 나노발전기 개발이 활발하게 이뤄졌지만, 발전기 설치, 자극부와의 전선 연결 등 한계점이 분명했다.
연구팀은 친환경 발전 분야에서 전선의 최소화를 위해 다양한 무선 전력전달 기술이 개발돼 왔음에 주목했다.
인체는 높은 유전율을 가진 데에다 복합 물질로 이뤄져 전자기파를 쉽게 전달할 수 있다. 하지만, 전자기파가 생체 조직에 미치는 영향이 확인된 적이 없다 보니 관련 기술의 파급력이 제한돼왔던 것이 사실이다.

연구팀은 스마트폰, 노트북과 같은 전자기기, 신발, 옷 등에서 발생하는 정전기가 인체를 통해 전달될 때 인체 국소 영역에 전기장을 집중시키는 현상을 발견했다. 이를 기반으로 배터리나 전선 없이도 자체적인 전기 자극과 에너지 생산을 동시에 수행할 수 있는 기술을 개발하는 데 성공했다.
연구팀은 전자기파가 인체를 통해 전달될 때 국소적으로 집중되는 전기장이 근육의 피로를 감소시키는 효과(6.4% 피로감소 효과, P-value=0.020)가 있음을 임상을 통해 입증했다. 또한, 전기장의 파형(AC/DC)과 세기(~3000 mV/mm)를 유용성과 에너지 세기의 목적에 맞춰 손쉽게 조절할 수 있음을 확인했으며, 전기 자극이 피부 안쪽에서 이뤄짐과 동시에 피부 바깥에서는 소형 디스플레이를 구동(1.5 mW)할 수 있는 전기 에너지가 생성된다는 것도 발견했다.
이번 연구의 핵심은 전극을 제외한 어떠한 부수적인 장치도 필요로 하지 않는다는 점이다. 사용자가 원하는 부위에 간단한 전극을 부착한 후 핸드폰을 잡거나 걷기만 하면 자연스럽게 전기 에너지와 세포 에너지가 동시에 생성된다.
이번 연구는 한국연구재단 기초연구실 사업의 연구비를 지원받아 이뤄졌다. 연구성과에 대한 상세한 내용은 ‘인체 매개 에너지 전달을 통한 전기/세포 에너지의 동기식 발전(Synchronous generation of electrical and cellular energies via body-mediated energy transfer: inevitable electric field concentration)’ 논문을 통해 확인 가능하다.
해당 논문은 2021년 피인용도(Impact Factor) 23.991을 기록한 국제 저명 학술지 ‘ACS Energy Letters'에 게재됐으며, 커버 논문으로도 선정됐다. 이상민 교수 연구실 소속 기계공학과 용형석 박사가 제1저자에 이름을 올렸다.
이상민 교수는 “이번 연구성과는 전기 자극뿐만 아니라 소형 전자기기 충전에도 활용될 수 있다. 기존 웨어러블 기술과 비침습적 전기 자극 치료의 한계를 동시에 극복하고, 기술 상용화에 기여할 수 있다는 점에서 의미가 크다”고 전했다.
이어 “의료기기, 웨어러블 기술, 친환경 발전기, 헬스케어, 전기 자극 등 다양한 산업 분야에서 혁신적인 발전이 이뤄질 것으로 기대된다. 이번 연구와 관련된 핵심 기술을 ㈜바른바이오로 이전했기에 기술사업화에 박차를 가하게 될 것”이라고 덧붙였다.