휴대전화 배터리가 바닥났다는 말이 통하지 않을 날이 머지않았다. 집안에 있으면 충전기 없이도 전자기기가 자동으로 충전되는 기술이 개발됐기 때문이다. 벽과 기둥이 무선 충전장치가 되는 것이다.
일본 도쿄대와 미국 미시건대 공동 연구진은 지난 30일 국제 학술지 ‘네이처 전자공학’에 “자기장을 발생시켜 무선으로 전자기기에 전원을 공급하는 ‘충전 방(charging room)’을 개발했다”고 밝혔다. 방 자체가 무선 충전기가 된다는 말이다.
◇전자파 위험 없이 무선 충전 가능
연구진은 실험실에 가로, 세로 3m에 높이가 2m인 방을 만들었다. 이곳에서 스마트폰과 전등, 선풍기에 50와트의 전기를 무선으로 전송하는 데 성공했다.
연구진은 충전 방이 상용화되면 충전장치 없이 전기전자기기를 마음대로 실내에서 사용할 수 있게 될 것이라고 밝혔다. 또 공구 상자에 같은 기술을 적용하면 전동도구를 항상 충전할 수 있으며, 공장도 전기선 없이 각종 장비를 작동할 수 있다고 연구진은 전망했다.
논문 대표저자인 도쿄대의 사사타니 타쿠야 교수는 “신축 건물뿐 아니라 기존 건물도 금속 기둥이 있으므로 벽지를 새로 바르듯 벽에 전도성 스프레이를 뿌리는 식으로 개보수를 통해 같은 능력을 가질 수 있다”고 밝혔다.
이전에도 비슷한 시도가 있었지만 자기장을 멀리 보내려면 인체에 해로운 전기장이 생기는 문제가 발생했다. 전기장은 열을 발생시켜 생체조직에 해를 줄 수 있다.
연구진은 벽안에 두는 축전기를 분산시켜 이 문제를 해결했다. 자기장을 보내면서 해로운 전기장은 축전기 안에 가뒀다고 연구진은 밝혔다. 마네킹 실험에서 전자파흡수율은 미국연방통신위원회(FCC)의 기준치 이하로 나와 사람에는 아무런 해가 없는 것으로 나타났다.
공동 저자인 미시건대의 알랜슨 샘플 교수는 “충전 방은 모든 사물에 전원 걱정 없이 컴퓨터를 연결할 수 있게 해줄 것”이라며 “인체에 이식한 심장박동기와 같은 의료기기의 충전용으로도 활용할 수 있다”고 밝혔다.
◇벽과 기둥이 무선 충전 패드 역할
무선 충전의 기본 원리는 19세기 영국 물리학자 패러데이가 발견한 ‘전자기유도(電磁氣誘導)’ 현상이다. 간단히 말해 전선에 전류가 흐르면 주변에 자기장이 생기고, 이 자기장의 에너지가 가까운 곳에 있는 다른 전선에 전류를 발생시키는 물리학 원리이다.
충전 방은 스마트폰 무선 충전 패드의 확장판으로 보면 된다. 무선 충전 패드 안에는 코일이 감겨 있다. 패드에 전류가 흐르면 코일이 자석이 되면서 눈에 보이지 않는 자석의 힘, 즉 자기장이 뻗어 나온다. 스마트폰 안에도 코일이 있다. 패드에서 뻗어 나온 자기장이 그 위에 얹혀 있는 스마트폰의 코일을 통과하면서 전류가 발생한다. 이 전류가 스마트폰 배터리를 충전하는 것이다.
충전 방은 벽과 기둥에 무선 충전 패드가 있다고 보면 된다. 여기서 자기장이 나와 집안의 각종 전기전자기기를 충전한다. 특히 기존 무선 충전 패드는 스마트폰이 바로 위에 있어야 하지만 충전 방은 어디에 있어도 상관없다. 또 벽에서 나오는 자기장은 사각지대가 생길 수밖에 없지만 방 가운데 전도성 기둥에서도 자기장을 발생시켜 이런 문제를 해결했다.
미시건대의 샘플 교수는 “공중에서 전원을 공급하는 것은 거미줄로 나비를 잡는 것과 같다”며 “나비가 많으면 거미줄이 어디에 있든 쉽게 나비를 잡을 수 있듯 자기장이 여러 곳에서 나와 서로 교차하게 함으로써 어디서나 충전을 할 수 있도록 했다”고 설명했다.