잉여 전파 흡수해 배터리 30% 연장…스마트폰 신기술 등장

스마트폰 등 휴대용 통신기기의 수명을 최대 30%까지 연장할 수 있는 신기술을 미국 오하이오주립대 연구팀이 개발했다. 기기가 통신할 때 발하는 전파 가운데 버려지는 것의 일부를 에너지로 바꿔 재활용하는 것.

이는 ‘에너지 하베스팅’으로 불리는 기술로, 이름 그대로 주변에서 버려지는 에너지를 수확(harvest)해 사용할 수 있는 전기에너지로 변환하고 이용하는 것을 말한다.

오하이오주립대가 개발한 장치는 휴대전화 자체에서 나오는 전파 가운데 남는 이른바 '잉여 전파'를 직류(DC) 전력으로 변환시켜 다시 배터리를 충전하는 것이다. 연구팀은 이 기술을 휴대전화 본체 안에 탑재할 수 있을 정도로 작고 가벼운 장치로 개발하는 데 성공했다.

이 기술 개발을 주도한 첸치치 부교수(전기와 컴퓨터공학과)는 “우리가 쓰는 휴대전화가 기지국이나 와이파이 라우터와 통신할 때는 많은 에너지가 낭비된다”며 “이 버려지는 에너지 일부를 다시 배터리로 재활용한다”고 설명했다.

실제로 이탈 전파를 포착해 온도 센서와 같은 소형 무선장치를 충전하는 기술은 이미 시장에 나와 있다. 하지만 오하이오주립대가 개발한 이 장치는 몇 배 더 강력하고 효율적이라고 연구에 참여한 로버트 리 교수(전기와 컴퓨터공학과)는 말한다.

리 교수는 “기존 장치는 공중에서 미량의 에너지를 모은다. 우리 기술은 에너지원으로부터 직접 에너지를 흡수하는 것에 기반을 두고 있다”고 말했다.

리 교수에 따르면 기존 장치는 μW(마이크로와트)나 nW(나노와트) 정도를 모으지만 휴대전화의 배터리로 사용하려면 적어도 mW(밀리와트)나 그 이상이 필요하다.

리 교수의 계산으로는 휴대전화 신호의 약 97%가 목적지에 도달하지 못하고 손실된다.

그런데 연구팀이 개발한 장치는 손실된 모든 전파는 아니지만 그중 일부를 다시 흡수할 수 있다는 것.

리 교수는 “누구도 휴대전화를 공중에서 충전할 수 없지만 우리는 일부 밀리와트 전파를 흡수해 배터리 소비를 줄일 수 있다”고 말했다.

하지만 이 장치는 배터리 충전기보다 배터리 수명 연장장치라는 개념에 더 가깝다고 한다. 이 장치는 연구팀이 소형 안테나와 무선 주파수의 에너지 수확을 위한 회로를 설계하는 데 집중한 끝에 개발된 일종의 부산물이다.

무선 신호를 배터리 전력으로 전환하는 아이디어는 간단하게 보이지 않는다. 하지만 이에 관한 기본적인 기술은 기존 상용 전력에 쓰이는 기술만큼 오래됐다.

이 기술은 전파가 실제로 교류(AC)의 매우 높은 주파수 형태라는 사실에 입각한다.

현재 거의 모든 전력망이 교류를 공급하지만, 대부분 장치는 작동하려면 DC가 필요하다. 따라서 가전 업체들은 오랜 기간 제품에 AC를 DC로 변환시키는 특정 전기 회로 정류기를 설치했다.

오늘날 통신을 위해 사용되는 휴대용 기기에서는 ‘고주파의 AC’가 쓰이는 데 바로 이 신호를 연구팀이 개발한 장치로 포착해 DC로 변환해 재활용한다는 것이다.

연구팀은 자신들이 개발한 장치가 무선 신호가 낭비되는 것을 식별할 수 있을 뿐만 아니라 전화 기능을 손상하지 않고 효율적으로 최대치를 흡수할 수 있다고 말한다.

하지만 이 장치가 언제나 작동되는 것은 아니다. 예를 들어 사용자가 이메일이나 문자를 보내거나 전화를 거는 등 데이터를 전송할 때만 작동하는 것이다.

첸 부교수는 “당신이 단지 스마트폰을 오프라인 상태에서 게임을 할 때는 작동하지 않는다”고 말했다.

한편 연구팀은 이번에 개발한 장치를 상용화하기 위해 이달 중에 크라우드펀딩 사이트인 킥스타터를 통해 자금 모집에 나설 예정이다.

사진=ⓒ포토리아

윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr