본 학부의 시스템 건전성 및 리스크 관리 연구실 윤병동 교수와 미국 노트르담 대학 이수범 박사가 공동 연구하여 Smart Material and Structures와 IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control에 게재한 논문 "A design and experimental verification methodology for an energy harvester skin structure”와 “A new piezoelectric energy harvesting design concept: multimodal energy harvesting skin”이 그 독창성을 인정받아, 주목할만한 연구결과로 선정되어 미국의 Technical News Website인 PHYSORG.COM에 Featured News로 소개되었다.

본 논문에서는 빌딩 또는 공장 내의 다양한 시설물, 비행기, 자동차 등 우리 주위에서 쉽게 찾을 수 있는 박막 구조물의 진동을 이용하여 전기에너지를 생산하는, 압전 소자를 이용한 스킨 형태의 에너지 하베스팅 장치를 최초로 제안하고, 이를 직접 에어컨 냉각기(그림 1)에 적용하여, 온도, 습도, 압력 등 다양한 종류의 무선 센서를 작동시키기에 충분한 3.7mW 이상의 전력을 생산할 수 있음을 보였다. (그림 2, 3) 에너지 하베스팅 스킨은 향후 빌딩 내 에너지 절약을 위한 빌딩 오토메이션, 공장 내 안정적이고 효율적인 생산 환경 구축을 위한 스마트 플랜트, 고 위험도 시설물의 건강상태를 실시간 모니터링/관리하는 구조 건전성 모니터링을 위해 사용될 무수히 많은 무선 센서의 배터리를 대체할 새로운 전력원으로 사용이 가능하리라 예상된다.

ON WORLD에 따르면 전 세계적으로 빌딩 오토메이션, 스마트 플랜트, 구조 건전성 모니터링 등을 위해 약 5억개 이상의 무선 센서가 해마다 사용되고 있으며, 미국 DOE에 따르면 무선 센서의 배터리를 교체하기 위해 약 $80~500의 비용이 예상된다고 한다. 에너지 하베스팅 스킨은 구조물이 작동하는 한 영구적으로 사용할 수 있는 지속가능한 전력원으로, 배터리와 같이 주기적으로 교체할 필요가 없어 무선 센서의 유지 및 관리 비용을 획기적으로 줄일 수 있는 혁신적 기술이다.

윤병동, 김윤영 교수 연구팀은 POSCO Genesis 프로그램의 지원을 받아 최근 강건하고 신뢰성 있는 에너지 하베스팅 장치 설계를 위한 통계적 해석 툴(그림 4)을 개발하였으며, 이를 이용하여 에너지 하베스팅 모듈(박막 구조의 진동 특성을 고려 최대 전력의 생산이 가능하도록 설계된 압전 소자를 이용 전기에너지를 생산하는 장치), 에너지 저장 모듈(발생된 전기에너지를 효율적으로 에너지 저장장치에 저장), 무선 온도 센서 유닛으로 구성된 에너지 하베스팅 스킨을 제작 및 시연하여 에너지 하베스팅 스킨의 상용화를 위한 첫발을 내딛었다. (그림 5)



PHYSORG.COM 원문 주소
Energy harvesting skin generates power from air conditioners." April 20th, 2011. http://www.physorg.com/news/2011-04-energy-harvesting-skin-power-air.html