최근 웨어러블 디바이스, 이식형 의료기기, 생체 전자소자 등 차세대 헬스케어 기술이 급격히 발전하며 이에 필요한 안정적이고 지속 가능한 전력 공급 기술에 대한 수요가 증가하고 있다. 특히 생체 이식형 전자기기의 경우 배터리 교체가 어려워 외부에서 전력을 안정적으로 전달해야 하는 특성이 있어, 고효율 무선 에너지 전달 기술이 필요하다.
이러한 상황 속 경희대학교(총장 김진상) 신소재공학과 박윤석 교수 연구팀이 생체 이식형 의료기기의 새로운 장을 열었다. 어떠한 환경에서도 생체에 삽입된 바이오 전자기기에 효율적으로 에너지를 전달하는 차세대 전력 공급 기술 개발에 성공했다. 이번 연구 결과는 기존 무선 전력 기술의 태생적 한계를 뛰어넘는 동시에 생체 삽입형 조건을 만족한 기술로 인정받아, 세계적 권위의 학술지 『Science Advances(IF=14.9)』 최신 호에 게재됐다.
현재 개발된 무선 전력 고급 기술은 발열 문제와 정렬 민감도에 따른 전력 전달 효율 감소 등의 한계가 있어, 이식형 전자기기 상용화에 어려움을 겪고 있다. 박윤석 교수 연구팀은 자기장 기반 진동 에너지를 이용해 마찰전기를 발생시키는 무선 마찰전기 소자(MA-TENG)를 개발해 기존 한계를 극복했다. 개발한 소자는 외부 자기장만으로 작동되며 공기·물·금속·지방 등 다양한 환경에서 안정적인 출력을 유지하고, 비정렬 조건에서도 80% 이상의 성능을 기록했다.
돼지의 지방조직에 소자를 이식한 결과 안정적인 작동을 보였으며, 열화상 카메라로 촬영한 결과 표면에 발열이 감지되지 않았다. 개발한 소자는 향후 심박조율기, 바이오센서, 약물전달 시스템 등 다양한 이식형 기기에서 장기 전력 공급 장치로 활용될 전망이다. 연구를 진행한 박윤석 교수는 “이번 연구는 생체 이식형 의료기기의 무선화 가능성을 크게 높인 사례”라며 “이식형 바이오 소자 실용화의 중요한 전환점이 될 것”이라며 의의를 밝혔다.
이번 연구는 경희대 박윤석 교수, 김준엽, 유정민 연구원, 가천대학교 윤홍준 교수 연구팀이 공동으로 수행했으며, 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 신진연구사업의 지원을 받아 진행됐다.
