연구소개

과제구성 및 연구내용

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2-2 자가 발전형 센서노드 플랫폼

연구참여자
Topic 1 : 저전력 센서 및 센서 인터페이스 개발
연구 참여자(책임자)
  • 조성환 교수, 한국과학기술원 전기 및 전자공학과
연구목표
  • 환경 센싱을 위한 다양한 종류의 스마트 센서 노드 플랫폼 개발
  • 수백 나노와트 급의 전력을 소모하는 저전력 온도 센서, 습도 센서, 조도 센서, capacitance 센싱 회로 설계
  • 저전력 아날로그 기준회로 설계
연구내용
  • 후처리 공정을 요구하지 않고 Standard CMOS 공정만으로 제작 가능한 습도 센서 개발
기대효과
  • 본 센서는 센서 제작 과정에서 별도의 후처리 공정이 필요하지 않아 제작 단가가 아주 저렴하다는 장점과 함께 저전력의 analog-to-digital converter와 함께 집적화가 가능하다는 장점을 가진다.

Topic 2 : 다양한 입력을 가지는 초저전력 에너지 하베스팅 및 전력관리 플랫폼 개발
연구 참여자(책임자)
  • 김재하 교수 , 서울대학교 전기정보공학부
  • 이윤명 교수 , 성균관대학교 반도체시스템공학과
연구목표
  • 여러 가지 에너지 하베스터(TEG, Piezo electric, Solar cell 등)로부터 에너지를 수확하여 Super capacitor 또는 Li-ion 배터리에 에너지를 저장하여 범용 에너지 하베스팅 플랫폼을 제작한다.
  • 또한 밀리미터 규모의 초소형/초저전력 스마트 센서 시스템을 위한 저전력 에너지 하베스터와 효율적인 가변배율 전압 변환기를 칩 내에서 구현한다.
연구내용
  • 다양한 에너지 Source (TEG, Piezo electric, Solar cell 등)를 통해 다양한 에너지를 수집할 수 있는 Charger 회로 연구
  • Low power relaxation oscillator, rectifier, boost converter를 이용한 Charger 설계
  • Super capacitor와 Li-ion Battery를 각각 혹은 동시에 사용함으로써 효율적인 저장 및 사용 가능
  • 100mV이하 1nW급 직류 에너지 하베스터의 구현
  • μW수준의 전력에서 DVS를 지원하는 고효율 가변배율 직류전압 변환기 개발
  • 실제 밀리미터급 초소형 센서노드용 시험칩 제작, 검증 및 IP화
기대효과
  • 자가발전형 범용 에너지 하베스팅 플랫폼은 어느 센서와 연결되도 에너지를 공급할 수 있으며, 어떤 에너지 소스를 연결하여도 에너지를 저장할 수 있어 범용 배터리로써의 역할을 할 수 있다.
  • 초저전력 에너지 하베스팅 및 전력관리를 통하여 기존에 불가능했던 저전압/저전력 전원에서의 에너지 수확을 현실화하며 새로운 어플리케이션에서의 초소형 스마트 시스템을 구현 가능하게 만든다. 또한 초저전력 스마트 센서 시스템에서의 전력 관리 효율성 제고하여 스마트 센서의 배터리의 수명을 연장할 수 있다.

Topic 3 : 다중 입력 에너지(운동/압전/마찰 에너지) 하베스팅을 통한 의류 부착용 고출력/초소형 전력 공급 시스템 연구
연구 참여자(책임자)
  • 김철우 교수, 고려대학교 전기전자공학부
연구목표
  • 운동/압력, 마찰 3가지 환경에너지를 전기에너지로 안정적이고 고효율로 변환하는 전 력 공급 시스템 개발 및 구현
  • 인체 겨드랑이(armpit), 사타구니(groin) 등의 간헐적 움직임과 체온을 이용, 최대 2mW의 전력을 1V 이상 전압의 형태로 출력
  • 세계 최초로 TENG을 이용한 에너지 하베스팅 회로 기술 개발 및 구현
연구내용
  • 다중 입력 에너지 변환기(에너지 컴바이너) 개발
    - 제작된 통합 PEG/TENG 으로부터 수확된 에너지를 동시에 모두 활용할 수 있는 에너지 콤바이너 개발
    - 입출력 커패시터를 제외한 모든 제반 회로를 완전 집적

기대효과
  • 만성 질병을 위한 장기적 모니터링 의료 서비스, 생체 신호 체크 등에 활용
  • 웨어러블 기기뿐만 아니라 우리나라의 주력 산업인 전자제품에 적용되어 큰 부가가치 창출 가능
  • 저탄소 녹색 성장을 견인하고 국민 삶의 질 향상
  • 자원이 부족한 우리나라의 자원 자급률 상승 및 무역수지 개선
TOPIC 4 : 저주파수 진동에너지 하베스팅을 통한 피로균열 감지 자가충족형 무선 센서 노드 개발
연구 참여자(책임자)
  • 손훈 교수, 한국과학기술원 건설 및 환경공학과
연구목표
  • 피로균열 실시간 자동 감지 무선 센서 노드 개발
  • 저주파수 진동에너지 기반 전력 자가 공급 모듈 개발
  • 개발 시스템의 실제 현장 검증 및 상용화
연구내용
  • 교량과 같은 강구조물에 발생하는 피로균열을 조기에 자동 감지 및 상시 모니터링하고, 구조물 진동과 같은 주변 환경에너지를 하베스팅하여 배터리 교체 없이 반영구적 운용이 가능한 자가충족형 무선 센서 노드 개발

기대효과
  • 사회기반시설물 유지관리 기술에 대한 사회적 수요 충족 및 비용절감
  • 고속철도, 항공기, 해양구조물 등 다양한 강구조물로의 추가 적용

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