- 송수신 코일 위치 바뀌어도 안정적 작동

실제 제작된 무선전력전송 송신기·수신기 칩.[UNIST 제공]
실제 제작된 무선전력전송 송신기·수신기 칩.[UNIST 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 몸을 뒤척이거나 걷는 활동중에도 체내 삽입 의료기기를 안정적이고 효율적으로 무선 충전할 수 있는 기술이 개발됐다.

UNIST(울산과학기술원) 전기전자공학과 변영재 교수팀은 환자의 움직임이나 작동 상태가 달라져도 일정한 전압을 유지하면서 필요한 만큼만 전력을 공급하는 차세대 무선충전 기술을 개발했다고 29일 밝혔다.

심장박동기, 신경자극기, 바이오 센처처럼 체내에 삽입된 의료기기는 배터리를 자주 교체하기 어려워 무선충전 기술이 중요하다. 치료나 통신 기능을 작동할 때와 대기할 때 사용하는 전력이 달라진다. 체외 충전 송신부가 몸속 수신부에 전력이 필요한 상황인지를 알아내 전력 공급 모드와 저전력 모드를 오가면, 필요한 때에만 충분한 전력을 보내 불필요한 전력 소모를 줄일 수 있다.

연구팀이 개발한 기술은 환자가 몸을 움직여도 수신부의 상태를 정확히 판단해 송신 출력을 조절할 수 있는 ‘적응형 모드 전환 기술’이다. 무선 충전은 전기를 보내는 송신 코일과 전기를 받는 수신 코일 사이의 거리와 정렬 상태가 중요한데, 몸이 움직이면 송신부에서 측정되는 신호가 달라진다. 전력이 필요 없는데도 계속 보내 열이 나고 전기가 낭비되거나 반대로 전력이 필요한데도 저전력 모드에 머물면 의료기기가 제대로 작동하지 않거나 멈출 수 있게 된다.

변영재(왼쪽부터) UNIST 교수, 신성민, 권성빈 연구원.[UNIST 제공]
변영재(왼쪽부터) UNIST 교수, 신성민, 권성빈 연구원.[UNIST 제공]

실험 결과, 송·수신 코일 사이의 거리를 7㎜에서 20㎜까지 바꾸며 검증했을 때도 우수한 성능을 입증했다. 의료기기 사용 전류가 6mA에서 16mA로 급증하는 상황에서도 출력 전압은 3.3V를 안정적으로 유지했으며, 전압 출렁임(리플)은 18mV 수준에 그쳤다.

변영재 교수는 “환자 움직임이나 기기 위치 변화에도 수신기 상태를 정확하게 판단해 전력 부족에 따른 오작동과 과도한 공급에 따른 전압 상승을 줄일 수 있다”면서 “향후 코일 정렬 상태와 전력 사용량이 자주 변하는 웨어러블 전자기기, 초소형 사물인터넷 센서 등에 활용될 수 있을 것”이라고 말했다.

이번 연구결과는 회로·시스템 분야 국제학술지 ‘IEEE 트랜잭션스 온 서킷츠 앤드 시스템스 원: 레귤러 페이퍼스’ 에 6월 19일 게재됐다.


nbgkoo@heraldcorp.com