최근 김상재 제주대 메카트로닉스공학과 교수 연구팀이 배터리(전지) 없이 작동하는 ‘스마트 장난감’을 개발했다. 이 스마트 장난감은 어떻게 작동할까?

배터리를 충전하거나 바꾸지 않고 살 수 있는 세상이 올까? 관련 연구를 통해 스스로 전기를 만들어내는 자가발전 기술이 미래에 활용될 모습을 상상해보자.

흔들면 전기가 생겨요!

미래에는 장난감의 배터리를 바꿔줄 필요가 없을지 모른다. 장난감 자체에서 전기를 만들기 때문이다.

김상재 교수와 제주대 대학원 메카트로닉스공학과 박사후 연구원 아룬구말 샨드라세카 씨 등 연구진은 최근 미국화학회(ACS)의 학술지와 유튜브를 통해 ‘배터리 없는 전자 스마트 장난감’을 개발했다고 최근 밝혔다.

연구진은 고무로 만든 장난감에 마찰전기를 만들어내는 나노 발전기(초소형 발전기)를 달았다. 마찰전기란 두 물체를 비볐을 때 생겨나는 전기로, 풍선을 머리카락에 비볐을 때 발전하는 정전기를 생각해보면 쉽게 이해할 수 있다. 장난감을 흔들거나 누르면 나노 발전기에서 마찰전기가 생기고, 이곳에서 생긴 전하(물체가 띠고 있는 정전기의 양)가 물체로 이동하면서 전기가 발생하게 된다.

꼬면 꼴수록 지지직!

스스로 전기를 만들어내는 실도 있다.

김선정 한양대 생체공학과 교수 연구팀은 전기에너지를 저절로 만들어내는 최첨단 실인 ‘트위스트론 실’을 개발해 지난해 8월 국제학술지 사이언스에 발표했다. 트위스트론 실은 아주 많이 꼬인 코일(나사 모양이나 원통 꼴로 여러 번 감은 도선) 형태의 실을 말한다.

사람의 머리카락보다 지름이 1만 배나 작은 탄소나노튜브를 꼬아서 만든 이 실을 전해질(전류를 흐르게 하는 물질) 속에서 잡아당기거나 돌릴 때 전기에너지가 만들어진다. 연구팀에 따르면 19.2㎎의 트위스트론 실로 2.3볼트(V)의 초록색 발광다이오드(LED) 전등을 켤 수 있다.

연구팀이 트위스트론 실에 풍선을 매달아 바닷물에 담그자 파도가 칠 때마다 이 실에서 전기에너지가 만들어졌다. 김 교수는 “제한 없이 전기에너지를 만들어 낼 수 있는 트위스트론 실은 바다에서 큰 규모의 전기에너지를 만들거나 스마트폰, 드론(무인기) 등에 무제한 전기를 공급하는 데 활용될 수 있다”고 말했다.​

트위스트론 실에 풍선을 매달아 바다에 담근 모습(왼쪽)과 탄소나노튜브를 꼬아서 코일 형태로 만든 트위스트론 실. 김선정 교수 제공

▶어린이동아 심소희 기자 sohi07@donga.com

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