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ENGINEERING 나노 에너지 발전기

자동으로 태엽이 감기는 손목시계를 개발한 1920년대 시계제조자의 위대한 아이디어: 시계를 차고 있는 사람의 팔의 움직임으로부터 기계적으로 에너지를 얻어 시계의 태엽을 감을 수 있다는 것을 알았다?

By Zhong Lin Wang

오늘날 우리는 초소형 에너지 수확 기계를 만들어, 길이가 수십억 분의 일 미터 정도의 나노 크기의 기기에 전력을 공급하려 하고 있다. 우리는 이러한 발전소를 나노 발전기라고 부른다. 아주 작은 크기의 발전기를 만들게 되면, 환자의 혈당을 끊임없이 검사하는 이식 가능한 바이오센서를 만들거나, 다리와 같은 건축물의 변형을 알아보는 자동 센서, 독소를 감지하는 환경 센서 - 이 모두가 전지를 교환할 필요 없이 사용되는 것을 생각할 수 있다. 나노로봇공학, 미세전자기계 시스템(microelectromechanical systems, MEMS), 국방과 휴대용 전자 기기 등 많은 분야에 에너지원이 필요하다. 이러한 초소형 발전기가 결국 어디에 사용될지는 알기 어렵다.

연구자들은 몇 가지 다른 방법을 사용하여 초소형 발전기를 만들려고 하고 있다. 무작위적인 진동이나 움직임을 사용하는 방법 (길가에서 사용될 경우 등), 온도 차이를 이용하는 방법 (예를 들어, 지표면에서 수 미터까지는 온도가 거의 일정하다), 생화학, 그리고 초음파나 소음 등 외부 에너지원을 이용하는 것 등이 있다.

나노 기기와 나노 시스템이 특히 유리한 점은, 나노 와트나 마이크로 와트 정도의 매우 낮은 전력만을 사용하기 때문에, 나노 발전기로 충분한 전원을 공급할 수 있다. 인간의 몸이 만들어내는 동력원을 생각해 보라:역학적 에너지, 열에너지, 진동에너지, 화학적 에너지 (포도당의 형태로), 그리고 순환 계통의 유압에너지가 있다. 전기로 변환할 수 있다면, 이 에너지의 극히 일부만으로도 다양한 소형 기기를 구동시키는 데 충분하다.