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불규칙한 기계적 움직임을 일정한 진동으로 변환하는 범용 자가발전 마찰전기 센서 플랫폼 (2026.05.12)

불규칙한 기계적 움직임을 일정한 진동으로 변환하는 범용 자가발전 마찰전기 센서 플랫폼

기계공학과 김종백 교수 연구팀은 불규칙한 기계적 움직임을 일정한 진동으로 변환하여 외부 입력 변화와 관계없이 안정적인 환경/화학 센싱이 가능한 자가발전 센서 플랫폼을 개발하였다. 연구팀은 캔틸레버와 처짐 구조의 유연 필름으로 구성된 마찰전기 발전기에 자기 래칭 메커니즘을 적용하여, 입력 변위가 임계값을 초과하면 저장된 탄성 에너지가 방출되며 고유진동을 발생시키는 구조를 구현하였다. 이를 통해 입력 변위(25–35 mm)와 입력 주파수(0.1–1 Hz)가 변화하더라도 출력 편차를 9.6% 이하로 유지하는 안정적인 전기 신호를 생성하였다. 또한 동일한 플랫폼에서 활성층만 교체하여 습도 및 암모니아 센서를 구현함으로써, 다양한 센서 소재를 적용하더라도 기계적 입력 변화와 무관한 안정적인 자가발전 센싱 성능을 구현할 수 있음을 입증하였다. 제작된 플랫폼은 최대 170.8 μW의 출력과 2만 회 이상의 반복 구동 안정성을 확보하여, 웨어러블 및 휴대형 환경·화학 센서에 적용 가능한 범용 자가발전 센서 플랫폼의 가능성을 제시하였다. 본 연구 결과는 Microsystems & Nanoengineering에 게재되었다.

관련 논문 링크: https://www.nature.com/articles/s41378-026-01306-0