와이파이 등 주변 전자파에서 에너지를 수집해 충전에 활용할 수 있을까.

대기 중에는 주변에 많은 양의 방사선이 있다. 이들 방사선은 ‘Wi-Fi’ 신호를 포함해 많은 전자 장치에서 생산된다.

MIT의 연구원들은이 낭비되는 에너지 원을 활용해 충전할 수 있는 가능성을 제시했다. 테라 헤르츠 방사선은 전자기 스펙트럼에서 적외선과 마이크로파 사이에있는 고주파 파로 구성되지만 이를 활용하기는 매우 어렵다.

테스트 전 단계인 이 연구의 수석 저자 히로키 이소베(Hiroki Isobe)는 “우리는 테라 헤르츠 범위 전자기파로 둘러싸여 있다. 그 에너지를 우리가 일상 생활에 사용할 수 있는 에너지 원으로 변환 할 수 있다면, 현재 직면하고 있는 에너지 문제를 해결하는 데 도움이 될 것”이라고 말했다.

팀의 장치는 테라 헤르츠 정류기로 알려져 있으며, 그 아래에 질화 붕소 층이 있고 안테나 옆에 측면이 있는 작은 정사각형 그래 핀으로 구성돼 있다. 이 안테나는 주변 공기에서 테라 헤르츠 복사를 수집해 신호를 그래핀으로 전달하면서 증폭시킨다. 결과적으로 그래핀의 전자가 모두 같은 방향으로 흐르게해 직류(DC)를 생성한다.

테라 헤르츠 정류기가 어떻게 작동하는지 보여주는 개략도. 빨간색 선은 테라 헤르츠 파, 파란색 삼각형은 안테나, 녹색 사각형은 그래핀 테라 헤르츠 정류기가 어떻게 작동하는지 보여주는 개략도. 빨간색 선은 테라 헤르츠 파, 파란색 삼각형은 안테나, 녹색 정사각형은 그래핀이다. credit:José-Luis Olivares, MIT.

연구팀은 불순물이 전자를 산란할 수 있기 때문에 그래핀은 가능한 한 순수해야 한다고 말했다. 질화 붕소 층은 또한 이것이 일어나지 않도록 하기 위해 존재한다. 일반적으로 그래핀 전자는 모든 방향으로 똑같이 힘을 받지만 하층의 붕소와 질소 원자는 모두 함께 움직일 수 있도록 경로를 리디렉션한다. 테라 헤르츠 정류기는 적은 양의 전기만 생산할 가능성이 있지만 처음에는 작은 장치에 전력을 공급하는 것으로 충분할 수 있다.

이 팀은 첫 번째 사용 사례는 현재 배터리를 교체하기 위해 수술이 필요한 맥박 조정기와 같은 이식 장치에 전력을 공급하기 위한 것일 수 있다고 제안한다. 물론, 이런 종류의 기술의 최종 목표는 휴대 전화와 노트북을 사용하는 동안 수동적으로 올리는 것이다.

연구원들은 전파와 같은 신호를 수집하는 방법을 찾기 위해 수년 동안 실험해 왔지만 보편적 문제에는 작은 출력, 긴 충전 시간 또는 특수 제작된 방이 필요하다. 앞으로 몇 년 동안 휴대 전화를 연결하는 것처럼 보인다.그럼에도 불구하고 MIT 프로젝트는 유용한 무선 충전 기술을 향한 최신 단계다. 이 팀은 이제 물리적 장치 구축 및 테스트를 시작할 계획이다.이 연구는 사이언스 어드벤스(Science Advances) 저널에 발표됐다.