웨어러블 시대, 인체 발생 전류 활용 ‘활발’

마이크로 에너지 하베스팅 기술 특허 급증

웨어러블 기기의 등장으로 인체에서 발생하는 미세한 전류를 전력으로 사용하는 기술 개발이 활발히 이뤄지고 있다.

25일 특허청은 인체의 일상활동에서 발생되는 열·압력·진동 등을 활용해 수십 마이크로와트(μW) 수준의 극소량 전력을 얻는 ‘마이크로 에너지 하베스팅’ 기술의 특허출원이 2007년 27건에서 지난해 167건으로 7년간 6배 이상 성장했다고 밝혔다.

이 같은 흐름이 나타난 이유는 모바일 기기에 이어 웨어러블 기기 등 배터리로 작동하면서 적은 양의 전력을 지속적으로 필요로 하는 수요가 발생하고 있기 때문이다.

그 동안은 아주 적은 전류량에 불과해 터치패드 등 제한적으로만 사용돼왔으나, 웨어러블 기기에서는 그만큼으로도 작동에 필요한 전력을 확보할 수 있어 각광 받게 된 것이다.관련 특허출원은 압전섬유, 압전필름, 열전박막모듈 등을 포함하는 발전소자와 이들 소자를 이용하는 발전장치로 나뉘는데, 최근 7년간 총 765건의 특허출원 중에서 발전소자는 463건, 발전장치는 302건으로 조사됐다. 2011년까지는 발전소자 개발이 주를 이뤘으나, 이듬해부터는 발전장치 특허출원이 증가했다. 이는 발전소자를 다양한 발전장치에 응용할 수 있는 수준으로 기술이 성숙한 것으로 해석된다.

마이크로 에너지 발전방식을 살펴보면 열전 및 압전 기술이 677건으로 전체 특허출원의 88.5%를 차지하고 있으며, 2012년부터 압전방식이 열전방식의 특허출원을 앞선 것으로 분석됐다. 이는 압전방식이 열전방식에 비해 상대적으로 단순한 구조여서 초소형 전자기기에 더 적합하기 때문으로 보인다.

전세계 에너지 하베스팅 시장은 친환경 에너지 개발 열기로 오는 2022년까지 약 6조원 규모로 성장할 것으로 전망되고, 압전 및 열전 발전기술이 전체 시장의 28.8%를 점유할 것으로 예측된다. 에너지 하베스팅 기술 중에서 태양전지, 전자기를 이용하는 방법은 소형화가 어렵다는 단점이 있어, 비록 극소량의 전력을 생산하지만 소형화가 가능한 압전 및 열전 발전기술이 각광받는 것.

특허청 관계자는 “압전 기술을 이용한 실용적 제품들이 조만간 시장에 속속 등장할 것으로 예상된다”면서 “마이크로 에너지 하베스팅 기술의 상용화를 앞당기기 위해서는 에너지 수확장치 외에도 저전력 회로 설계기술, 마이크로 에너지 변환 및 저장기술 등 주변기술이 뒷받침되어야 한다”고 밝혔다.