경상국립대학교는 임형준 우주항공대학 항공우주공학부 교수 연구팀이 외부 환경 변화에도 안정적으로 작동하는 압전 에너지 하베스터 설계 기술을 개발했다고 20일 밝혔다.

압전 에너지 하베스터는 기계적 진동을 전기에너지로 변환하는 장치로, 무선 센서와 자가 구동 소자 분야에 적용 가능하다. 그러나 실제 운용 환경에선 외부 하중과 재료 특성이 수시로 달라져 출력 성능이 불안정해지는 문제가 있었다.

연구팀은 이를 극복하기 위해 불확실성을 설계 단계에서 직접 반영하는 최적 설계 기법을 고안해 성능 변동에 둔감한 구조 구현에 성공했다.

연구팀에 따르면 여러 계산 기법을 통합 적용한 결과, 기존 방식 대비 필요한 계산 샘플 수를 대폭 줄여 75% 이상의 효율 향상을 달성했다. 하중 불확실성 조건에서는 평균 성능과 안정성이 동시에 개선됐으며 구조 경계를 매끄럽게 처리해 응력 집중을 낮추고 실제 제조 가능성도 끌어올렸다.

임형준 교수는 "불확실성과 제조 가능성을 동시에 고려한 실용적 설계기술을 제시한 데 의의가 있다"며 "자가구동 센서, 스마트 구조물, 진동 기반 에너지 하베스팅 시스템 등에 폭넓게 활용될 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.

이번 연구 결과는 국제 학술지 '공학연구 성과(Results in Engineering)' 3월호에 게재됐다.