KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2014-02-18
날개를 퍼덕이는 새나 물고기의 깊은 잠수는 움직이는 자연의 그림일지도 모르지만, 그것들의 훌륭한 단순함에서 과학자들은 기술을 생물학적 시스템과 통합하는 복잡한 도전과제를 본다. 동물들의 움직임은 생물학자들이 현재의 기술 한계를 벗어나는 거동에 대한 정보를 수집하게 해주는 작은 장비들에 동력을 제공해줄 수 있다.
에너지 수확에 관심을 가진 공학자로서, Shafer도 동물의 움직임이 적어도 제한적인 규모에서 기회를 제공한다는 것을 알고 있다. 태양 패널 배열과 풍차가 자연적인 힘으로부터 전기를 생성하지만, 전지 꾸러미를 가진 돌고래 떼가 도시를 밝히지는 않을 것이다. 그러나, 동물들의 움직임이 생물학자들이 현재의 기술이 미치지 못하는 거동에 대한 정보를 수집하게 해주는 작은 장치들에 동력을 제공할 수 있을 것이다. “나는 우리 주변에 있는 모든?온도의 차이, 기계적 에너지, 역학적 에너지?에너지를 취해서 그것을 쓸모있는 것으로 변환시키려고 한다”고 노던아리조나대(Northern Arizona University)의 기계 공학 조교수인 Shafer가 말했다.
코넬대(Cornell University)에서 박사과정학생으로서, Shafer는 본질적으로 새의 배낭이 되는 것?새의 날개의 퍼덕임을 통해서 동력을 생성하는 초경량 장비?을 개발함으로써 그 상상을 실현시키는 것을 도왔다. 압전 물질(piezoelectric material)?압력이 적용될 때 전기를 생성하는 것?이 그 장비의 중심에 있다.
오늘날, 자신의 학부 모교로 돌아가서, Shafer는 육생이나 해양 응용과 같은, 새를 벗어나는 생각들을 조사하고 있다. 그러나 그는 공학 문제를 풀기 위해서 시스템적 접근방식을 사용하고 생물학자들과 쌍방향 의사소통을 설립하는 것을 포함해서, 그가 배운 교훈들을 계속해서 적용하고 있다. “만약 다리 위에 고정된 원격 감지기나 건물 시스템을 위한 에너지 수확기를 고안하고 있다면, 그것은 도전과제가 될 수 있다. 그러나 그 시스템을 취해서 동물에 적용하는 것은 훨씬 더 어렵다”고 Shafer는 말했다.
새의 경우에, 가장 큰 한계는 그들이 나를 수 있는 무게가 작은 것이다. 대부분 100그램 이하이고 그들 자신의 질량의 약 4퍼센트만을 나를 수 있다. “만약 그만큼만의 무게를 나를 수 있는 특정한 진동수로 퍼덕이는 새가 있다면, 나는 그러한 조건에서 동력을 최대화하기 위해서 어떻게 디자인해야 하는지를 물어야 한다. 오차를 위한 여유가 많지 않다”고 Shafer는 말했다.
Shafer는 에너지 수확을 더 접근 가능하게 만드는 것은 ”기술의 합류”라고 말했다. 그 영역은 새롭지 않고, 태양 에너지, 압력학, 동력학, 전자기학, 열전학, 그리고 다른 과정들에서 연구되었다. 그러나, 발전이 빨리 이루어지고 있다. “이 기술을 실제로 실현 가능하게 만들고 사람들이 에너지 수확을 조사하게 자극하는 것은 미세전자기기들의 동력 소비에서 급격한 감소이다. 이제 저에너지원들이 갑자기 전자장치들에 동력을 제공하는 방법으로서 실현가능해지기 시작했다”고 Shafer는 말했다.
그러나 기술적 진보가 더 작은 장비들을 가능하게 하면서, Shafer는 동물을 너무 힘들게 하지 않고 생물학자들이 쉽게 다룰 수 있는 장비를 제조하는 것과 같은, “2차적인” 영향들을 항상 고려해야 한다. “동물들은 공학 시스템을 걸칠 좋은 방법이 없다. 형태 인자는 큰 동인이다?그 시스템은 동물에 잘 맞아야 한다. 여기서 정말로 생물학자들에게 가기 시작해야 하고, 많이 왔다갔다 해야 한다”고 Shafer는 말했다.
[그림] 압전 물질을 가진 배낭이 날고 있는 새의 날개의 움직임으로부터 에너지를 생성한다.
출처: http://www.sciencedaily.com/releases/2014/02/140213142111.htm
http://mirian.kisti.re.kr/futuremonitor/view.jsp?cn=GTB2014020251&service_code=03
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