무선파로 전력을 공급받는 세계 최소형 온도센서 개발

KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2015-12-16

네덜란드 에인트호번 기술대학교(TU/e, Eindhoven University of Technology) 연구진들이 매우 특수한 방식 즉, 센서의 무선 네트워크의 일부인 무선파(radio waves)로부터 전력을 공급받는 극소형의 무선 온도센서 개발에 성공했다. 이것은 센서가 한 가닥의 와이어도 필요하지 않고 심지어는 축전지가 교체될 필요도 없음을 의미한다. 이러한 센서의 출현은 스마트 빌딩과 같은 영역으로의 진출을 위해서 중요한 개발품이다. 그렇지만, 그 적용분야는 많고 다양하다. 미래의 스마트 빌딩(smart buildings)은 거주자의 모든 요구에 반응하게 될 센서로 가득 차고 가능한 지속가능해질 것이다. 조명과 난방과 같은 것은 누군가가 공간에 있을 때만 켜질 것이다. 이것은 이러한 센서들이 무선으로 작동되고 축전지가 불필요할 때만 가능한 것인데, 만약 이것이 되지 않으면 매일 축전지를 교체해야 하는 번거로움이 존재할 것이다. 이러한 사실은 12월 7일 월요일 박사학위 논문을 통과한 이 대학교 연구원인 하오 가오(Hao Gao)씨에 의해 실증화되었다. 논문 연구과정에서, 그는 모래 한 알과 비슷한 단 2㎟ 크기 그리고 무게가 단 1.6mg에 불과한 센서를 개발했다. 이 센서 현재 버전은 2.5cm 범위이다. 연구진들은 1년 이내에 이것을 1m 정도 길이로 확장시켜, 궁극적으로는 5m 정도로 만들고자 한다. 이 센서에는 특별하게 개발된 라우터가 있는데, 이것은 전력공급을 위해 센서에 무선파를 송신하는 안테나이다. 이 에너지 이동은 정확하게 센서를 목표로 하고 있기 때문에, 라우터는 매우 작은 양의 전기를 소비한다. 그리고 센서 그 자체는 에너지 소비량이 극도로 낮도록 설계되어 있다. 또한, 이 센서는 페인트, 회반죽 또는 콘크리트 레이어 아래에서 동작한다. 이 대학교 무선기술 교수인 피터 발투스(Peter Baltus) 교수가 설명한 것처럼, 이것은 예를 들어 센서가 라텍스와 함께 벽에 페인팅되는 것과 같이 건물에 쉽게 통합될 수 있도록 한다. 센서는 라우터에서 에너지를 캡처하는 안테나를 포함하고 있다. 센서는 그 에너지를 저장하고 일단 충분한 상황이 되면 센서가 켜져 온도를 측정하고 라우터에 신호를 송신한다. 이 신호는 매우 독특한 주파수를 가지며, 측정된 온도에 의존한다. 라우터는 독특한 주파수에서 온도를 유추해 낼 수 있다. 같은 기술로 다른 무선센서를 제작할 수 있는데 예를 들어, 움직임, 빛 그리고 습도의 측정과 같은 것이다. 발투스(Baltus) 교수에 의하면, 이 센서의 적용범위는 지급시스템에서부터 스마트 빌딩과 산업용 제작시스템의 무선 인식까지 그 범위는 엄청나다. 그들은 이 센서의 비용이 비싸지는 것을 원하지 않는다. 대량생산은 센서 비용을 약 20센트 정도로 맞출 수 있게 할 것이다. 센서는 65나노미터 상보성 금속 산화막 반도체(CMOS) 기술에 기반을 두고 있다. [PREMISS]라고 명명된 이 프로젝트는 네덜란드 [STW 기술기금]으로부터 자금지원을 받았다. 하오 가오(Hao Gao)씨 논문의 제목은 `완전히 통합된 극초전력 mm파 무선센서 설계 방법`이다. 통합회로 연구는 [Mixed-Signal Microelectronics] 그룹에서 이루어졌고 이 대학교의 [Electromagnetics and Signal Processing Systems] 그룹과 무산기술센터(Center of Wireless Technology)가 참여하고 있다. http://www.energyharvestingjournal.com/articles/8790/the-worlds-tiniest-temperature-sensor-is-powered-by-radio-wa