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News/기타

Wi-Fi를 넘어 Wi-Power로

by R.E.F. 15기 최명근 2020. 8. 31.

Wi-Fi 넘어 Wi-Power로

15기 최명근

   [자료 1. 와이파이 신호와 공유기]

출처: ZDnet Korea

현재 우리는 데이터 시대에 살고 있다. 스마트폰이 있어도, 데이터가 없다면 스마트폰을 스마트하게 사용할 수 없다. 하지만 무제한 요금제가 아닌 이상, 데이터를 마음대로 사용할 수 없다. 그래서 우리는 집이나 건물에 들어갈 때마다 항상 와이파이를 찾는다. 이렇게 와이파이는 스마트폰을 이용하는 데 있어 필수적인 요소이다. 현재 국내 와이파이 공유기 수는 2만 대가 넘고, 음식점과 공공기관 등을 모두 합치면 그 수는 셀 수 없이 많다. 걸어 다니는 곳마다 와이파이가 있다는 말처럼 우리는 와이파이가 만드는 전자파에 둘러싸여 있다.

[자료 2. 버려지는 전자파 에너지를 이용하기 위한 개념도] 

출처: MBC

그렇다면 와이파이가 만드는 전자파를 통해 우리가 사용할 수 있는 전기를 만들어 낼 수는 없을까? 이러한 생각의 출발은 전자파가 가지고 있는 에너지에 있다. 기존의 이동통신 기술은 전자파를 이용하여 정보를 주고받을 뿐, 정보를 공유하는데 발생한 나머지 전력은 버려진다. 우리 삶을 둘러싸고 있는 수많은 전자파를 에너지로 이용할 수 있다면, 어쩌면 스마트폰에 배터리가 필요 없는 Wi-Power 시대가 올 수도 있다.

 

<전자파를 전기로 이용하기 위한 조건>

배터리 없는 시대의 현실화를 위해서는 전자파가 가지고 있는 에너지를 전자기기 충전을 위한 전기로 바꾸어야 한다. 전자파는 다양한 주파수의 교류전압을 발생시킨다. 하지만 전자기기의 충전에 사용되는 전원의 종류는 직류전압이기에 교류전압을 직류전압으로 바꿀 수 있는 정류기가 필요하다.

대부분의 정류기는 다이오드 회로를 이용하여 전파를 직류 전류로 유도할 수 있도록 설계된다. 하지만 이러한 정류기는 특정한 주파수에서만 작동하며, 주로 저주파에서 이용되기 때문에, 와이파이가 가지고 있는 GHz 이상의 범위를 수용할 수 없었다. 이외에도 반도체를 이용한 에너지 하베스팅 방법이 있지만, 작동시키기 위해서 어느 정도 최소 전압이 필요하고, 반응속도에 한계가 있으며 주파수가 높으면 반응속도가 떨어진다는 점에서 Wi-Power 기술로는 부적합했다.

 

 

<그래핀 대칭기술>

  [자료 3. 그래핀 대칭기술 개념도]

출처: MIT

MIT의 연구진은 물질이 높은 주파수의 전자파를 맞았을 때 자신들의 전자를 한 방향으로 흐르도록 유도하기 위해 그래핀을 이용했다. 일반적으로 그래핀 전자에 들어오는 에너지는 전자를 모든 방향으로 발산시킨다. 하지만 직류 전기로 이용하기 위해서는 전자가 한 방향으로 흐를 수 있어야 했고, 이렇게 대칭적인 그래핀 전자의 흐름을 깨뜨리기 위해 연구진은 그래핀에 질소붕소를 첨가했다. 벌집 격자인 질화붕소 위에 불순물이 거의 없는 그래핀을 올렸을 때, 그래핀 하층의 질소와 붕소 원자가 전자의 경로를 리디렉션하여 직류 전기를 생성했다. 여기서 불순물이 없어야 하는 이유는 불순물이 많아질수록 양자역학 적으로 전자구름이 생겨 전류가 한 방향으로 흐르는 것을 방해하기 때문이고, 전기적인 관점에서는 저항이 높아져 전자의 흐름을 방해하기 때문이다. 연구진은 이러한 연구가 성공적으로 현실화된다면 배터리를 교체하기 위해 수술이 필요한 맥박 조정기와 같은 이식 장치에 교체 없이 전력을 공급하는 것이 가능할 것이라고 설명했다.

<결론>

이번 연구는 와이파이가 전기신호로 변환하는 아이디어를 이론적으로 가능하다는 것을 발견했을 뿐 아직 구체적인 실증 단계에 들어가지는 않았다. 또한, 아직 출력량이 매우 작고 긴 충전시간과 특수 제작된 방이 필요하다는 점에서 한계가 있고, 실증 단계에 이르기까지는 많은 시간이 걸릴 것으로 보인다. 그럼에도 MIT 연구진의 그래핀 대칭 기술은 일상생활에서 쉽게 발견할 수 있지만 저장하기는 어려웠던 테라헤르츠 범위의 고주파를 직류 전기로 변환하여 충전이 가능하다는 것을 입증한 점에서 와이 파워 기술의 현실화 가능성을 제시했다.

<참고문헌>

1. 김병석, '와이파이 전자파 활용한 전자기기 충전 방법 제안', TheScienceMonitor, 2020.03.30,

http://scimonitors.com/%EC%99%80%EC%9D%B4%ED%8C%8C%EC%9D%B4-%EC%A0%84%EC%9E%90%ED%8C%8C%EB%A1%9C-%EC%97%90%EB%84%88%EC%A7%80-%EC%B6%A9%EC%A0%84-%EC%A0%9C%EC%95%88/

2. 김효준, ''[넥스트] 선 없는 자유…'와이파이'넘어 '와이파워'로', MBC, 2019.08.18, https://www.youtube.com/watch?v=pnGCvZLmbUU

3. 심재율, '와이파이로 휴대폰 충전 가능해진다?', TheScienceTimes, 2020.04.06, 

https://www.sciencetimes.co.kr/news/%EC%99%80%EC%9D%B4%ED%8C%8C%EC%9D%B4%EB%A1%9C-%ED%9C%B4%EB%8C%80%ED%8F%B0-%EC%B6%A9%EC%A0%84-%EA%B0%80%EB%8A%A5%ED%95%B4%EC%A7%84%EB%8B%A4/

4. 전승엽, '와이파이로 휴대폰 배터리 충전한다고?', 연합뉴스, 2019.02.19, https://www.youtube.com/watch?v=TNMTEyQ-KuM

5. 전승우, ''붐비는 와이파이'…테라헤르츠로 진화', 한국경제매거진, 2015.11.23, 

https://magazine.hankyung.com/business/article/2015112301043000241

6. 'MIT가 발견한 역대급 혁신이 온다!', 에스오디 SOD, 2020.04.17, youtu.be/kf_JkVJCwQc

 

 

댓글17

  • 와우 와이파이 전파로 전력을 생산한다니... 진짜 감탄스러운 발상의 전환이네요! 흥미로운 기사 잘 읽었습니다.
    혹시 와이파이 전파로 전력을 생산하면 전파 송신 방해 문제는 발생하지 않나요?
    답글

    • 전파 송신을 그대로 유지한 채로 남아있는 에너지를 수용하는 것이기 때문에, 송신장해는 일어날 것 같지 않습니다. 하지만 정확한 연구가 진행되봐야 확실히 알 수 있을 것 같아요

  • 와이파이를 통해 정보를 주고 받는 것을 제외한 나머지 전력의 쓰임에 대해 생각해보지 못했는데, 그래핀을 이용해 다시 사용할 수 있다는 점이 너무 흥미로웠습니다! 그리고 읽으면서 그래핀 연구 외에 또 다른 연구사례가 있었으면 좋겠다고 생각했는데, 그부분에 대해서는 제가 더 조사해보도록 하겠습니다.!! 유익한 기사 감사합니다~😊
    답글

    • 기존의 연구는 주로 저주파에서 전력을 변환한 반면에, 이번 연구는 GHz 이상의 고주파에서 진행됐다는 것에 의의가 있는 것 같습니다. 저도 다른 연구가 진행되고 있는지 더 알아보겠습니다. 감사합니다!

  • 와이파이로 ~ 아직 먼 미래같지만 에너지하베스팅 기술로써의 발전을 기대해봅니다.
    답글

  • 흥미로운 기사 잘 읽었습니다. 덕분에 Wi-Power 기술에 대해 알게 되었습니다! 해당 기술이 실용화된다면 우리가 직면한 에너지 문제를 해결하는 데 큰 도움이 될 것 같네요!

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  • 일상에 스며들어 있는 와이파이를 전력으로 사용한다는게 흥미롭네요, 실용화에 시간이 걸리더라도 기술이 완성 된다면 실생활에 많은 이점을 가져다 줄 수 있겠네요. 좋은 기사 잘 읽었습니다
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  • 점차 기술이 발전해 나감을 진짜 실감하게 되는 기사인 것 같습니다,, 아무렇지 않게 생각하던 와이파이가 와이파워로 전력으로서 사용된다는 점이 너무 신기하네요 ! 아직 이론만 밝혀졌지만 시작이 반이라고,, 상용화가 머지않을 것이라고 생각합니다 !
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  • 그래핀 대칭기술에 대해 처음 알게되었고 매우 유익한 글이었습니다. wifi가 만들어내는 전자파를 통해 전기를 만드는 wi-power 기술이 놀랍고 앞으로의 발전을 기대됩니다!
    😮😯😲
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  • 와 wifi로 전력을 만드는건 진짜 신기하네요 주변에 wifi가 없는 곳이 없으니 상용화된다면 정말 활용이 잘 될 것 같습니다!
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  • wifi에서 나온 전자파로 전기를 만들생각을 하다니 정말 놀라운 정보네요. 좋은기사 잘 읽었습니다.
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  • 아직은 기술력이 매우 부족하고 실용화 되기 위해서는 많은 시간이 걸리는 기술임을 느꼈습니다. 하지만 이러한 기술이 발전 가능성이 크고 공급원이 많기에 유의미한 기술로 추후에 발전할 수 있다는 생각이 들었습니다. 압전 소재와 같이 적은 전류임에도 우리 생활에서 다양한 곳에 쓰일 수 있는 기술이 되기를 바랍니다.
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  • 효율을 높이려면 많은 연구가 필요할 것 같다는 생각이 드네요. 하지만 이 기술이 상용화 단계까지 발전한다면 잉여 전기에너지를 활용할 수 있는 좋은 기술이 될 것 같아요 잘 읽었습니다
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  • 새로운 시각으로의 접근 잘 읽었습니다 전자파가 충전하는 방식을 체택하는것이 기술의 주요 가닥인것 같은데 그렇다면 wi-fi가 전해지는 파장이 전자파와 같은건가요 wi-fi를 발생하는 중에 나오는 전자파를 사용하는건가요
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  • 제목부터 정말 흥미로웠습니다 ..! 전자파를 이용한다는게 상용화된다면 여러 분야에 도움이 될 것 같아요 ! 기사 잘 읽었습니다 :)
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  • 이건 진짜 너무 새롭고 놀라운 생각이네요!! 정말 우리는 와이파이 공유기에 둘러쌓여 살고 있는데 이 실험이 상용화된다면 좋은 활용 방안이 될 것 같네요!!
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