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스마트 도시형 자가발전 전력망 구축을 위한 인체 보행 에너지 수확 보도블록 개발

서울대 윤병동 교수 연구팀이 스마트 도시(Smart City)형 자가발전 전력망(Self-Generative Power Grid) 구현을 위한 비전으로써, 인체 보행 시 버려지는 생체 에너지(Biomechanical Energy)를 전력으로 변환하는 압전 에너지 수확 보도블록(Piezoelectric Energy Harvesting Sidewalk Block)을 개발하였다.

본 연구팀은 실제 발걸음 위치와 방향이 일정하지 않다는 점에 착안하여 전방향(Omnidirectional) 전력 수확 메커니즘을 최초로 도입했으며, 생체역학적으로 분석된 보행 하중 프로파일에 대하여 압전 에너지 수확 보도블록이 변환할 수 있는 전압을 사전에 예측할 수 있는 다중 물리(전기-탄성 연성; Electroelastic Coupling) 유한요소해석 모델을 개발하였다.

또한 효율적인 성능 최적화를 위하여 공간 충진(Space Filling) 기법 중에 하나인 라틴 방격 추출법(Latin Hypercube Sampling)으로 전산 실험 계획(Design of Experiment)을 수행하고 반응 표면(Response Surface)을 구축하였으며, 불확실성 확산(Uncertainty Propagation) 분석을 위해 Monte Carlo 시뮬레이션 기법이 사용되었다.

본 연구팀은 “에너지 수확 기술이 실용화 단계에 진입하기 위해서는 전력 수확 메커니즘의 지속가능성(Sustainability) 확보가 필수적이다.”며, “이를 위해 인체 보행의 불규칙성과 소재 물성 및 제작 공차에 내재된 산포 등에 강건하게 전력을 수확하면서도, 피로 파손에 대한 내구성을 보장할 수 있는 신뢰성 기반 최적설계 방법론을 적용했다.”라고 연구의 의의를 설명했다. 따라서 연구팀이 제안한 최적설계 방법론은 향후 압전 에너지 수확을 위한 다양한 사례들에 범용적으로 활용될 수 있을 전망이다.

 

관련링크

• http://test.narangdesign.com/mail/kspe/201812/a5.html
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• https://link.springer.com/article/10.1007/s40684-018-0054-1
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