인공 잎은 바람과 빗방울로부터 전력을 끌어옵니다.

이 기사는 IEEE Xplore와 파트너십을 맺은 독점적인 IEEE Journal Watch 시리즈의 일부입니다.

물이나 바람에서 에너지를 수확하면 가장 먼저 떠오르는 생각은 대규모 수력댐이나 풍력발전 단지일 것입니다. 하지만 더 작게 생각해보세요.

이탈리아의 연구원들은 식물 내에 내장되어 빗방울이나 바람으로부터 전기를 생성할 수 있는 에너지 수확 시스템을 개발했습니다. 비가 오거나 바람이 많이 부는 상황에서 이 장치는 LED 조명을 켜고 자체적으로 전력을 공급하기에 충분한 전력을 생성할 수 있습니다. 새로운 장치는 IEEE Robotics and Automation Letters에 2월 28일에 발표된 연구에 설명되어 있습니다.

파비안 메더(Fabian Meder)는 이탈리아 제노아에 있는 이탈리아 기술 연구소(IIT)에서 생체모방 소프트 로봇 공학을 연구하는 연구원입니다. 그는 에너지를 생산하기 위해 잎에 의존하는 시스템은 식물의 건강을 관찰하거나 기후 조건을 모니터링하기 위해 자체 전력 센서가 필요한 농업 응용 분야 및 원격 환경 모니터링에 특히 유용할 수 있다고 지적합니다.

Meder와 그의 동료들이 만든 장치는 바닥에 실리콘 엘라스토머 층이 있고 실제 식물의 잎 사이에 추가되는 인공 잎을 포함합니다. “[잎]이 바람에 움직이면 두 표면이 서로 닿았다가 다시 분리되어 식물 잎의 큐티클과 장치에 정전기가 생성됩니다.”라고 Meder는 설명합니다. “이러한 전하는 식물의 내부 세포 조직으로 유도되어 전류를 생성합니다. 우리는 식물 조직에 삽입된 전극을 통해 이 전류를 수확할 수 있습니다.”

식물 내에 내장된 여러 기존 에너지 수확기는 유사한 기술을 사용하여 바람으로부터 전기를 생성하지만, 이 연구 그룹은 한 단계 더 발전하여 장치가 빗방울에서도 에너지를 수확할 수 있도록 했습니다.

실리콘 엘라스토머 층이 인공 잎의 바닥을 따라 위치하여 잎이 바스락거릴 때 정전기를 생성하고 수확하는 반면, 인공 잎의 위쪽에는 다른 FEP(불소화 에틸렌 프로필렌) 층이 있습니다. 빗방울이 이 최상층에 떨어지면 표면을 충전하고 인공 잎 내부와 위에 내장된 전극을 연결하여 커패시터를 생성합니다. 빗방울이 줄어들고 잎 표면 위로 퍼지면 전극 사이의 용량 결합이 바뀌어 전류가 생성됩니다.

인공잎은 빗방울과 바람으로 전기를 만든다youtu.be

연구에서 연구자들은 살아있는 협죽도 식물의 잎 안에 인공 잎 시스템을 내장하고 다양한 양의 강수량과 바람에 따라 에너지를 수확하는 능력을 평가했습니다. 그들은 단일 물방울이 40볼트 및 15마이크로암페어 이상의 전압 및 전류 피크를 생성하고 11개의 LED 조명에 직접 전력을 공급할 수 있음을 발견했습니다.

IIT의 Bioinspired Soft Robotics 이사이자 로봇공학 부국장인 Barbara Mazzolai는 "결과적으로 풍력 및 비 에너지 수확이 개별적으로 또는 동시에 장치를 통해 가능하다는 사실이 밝혀졌습니다. 이를 통해 다기능 에너지 수확기 또는 자체 전력 센서가 가능해졌습니다."라고 말했습니다. 연구에 참여한 실험실.

그녀는 풍력 에너지에만 의존하는 이와 같은 기존 에너지 수확 시스템은 표면이 젖을 때 전력을 덜 생산하는 경향이 있다고 지적합니다. 그러나 연구원들은 그들의 새로운 장치가 빗방울로부터 에너지를 수확하기 위한 상단 FEP 층을 통해 실제로 습한 조건에서 더 많은 전기를 생성할 수 있다고 보고했습니다.

이번 연구 결과를 바탕으로 연구자들은 전극 모양이나 재료 등의 디자인 수정을 통해 인공 잎의 성능이 더욱 향상될 수 있을 것으로 믿고 있습니다.

Mazzolai는 “우리는 해당 기술에 대한 특허 출원을 제출했으며 잠재 시장을 분석하고 있습니다.”라고 말했습니다. "아직도 최종 제품을 정의하기 전에 몇 가지 연구가 필요합니다. 예를 들어 우리는 실외 및 매우 다양한 바람과 비 조건에서 시스템을 자세히 테스트하고 싶습니다."