경상국립대 임형준 교수팀, 압전 에너지 하베스터 설계기술 개발

계산 효율⋅신뢰성⋅제조 가능성 모두 잡아

기사승인 2026-03-20 12:30:03 업데이트 2026-03-23 06:59:23

경상국립대 우주항공대학 항공우주공학부 임형준 교수 연구팀이 다양한 환경 변화 속에서도 안정적인 성능을 유지할 수 있는 압전 에너지 하베스터 최적설계 기술을 개발했다.

압전 에너지 하베스터는 기계적 진동을 전기에너지로 변환하는 기술로, 무선 센서나 자가구동 소자 등 차세대 에너지 시스템에 활용되는 핵심 기술이다. 그러나 실제 환경에서는 외부 하중, 재료 물성, 작동 주파수 등이 일정하지 않아 성능이 쉽게 저하되는 문제가 있었다.

연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 불확실성을 반영한 최적설계 기법을 제안했다. 이를 통해 다양한 조건 변화에도 성능 변동이 적은 '강건(robust) 구조'를 구현하는 데 성공했다.

특히 여러 계산 기법을 통합 적용해 기존보다 훨씬 적은 계산량으로도 안정적인 설계를 수행할 수 있음을 입증했다. 하중 불확실성이 존재하는 조건에서도 평균 성능과 안정성이 동시에 향상됐으며, 필요한 계산 샘플 수를 대폭 줄여 약 75% 이상의 계산 효율 개선을 달성했다.

또한 구조 경계를 매끄럽게 설계함으로써 응력 집중 문제를 완화하고, 실제 제작이 가능한 구조 형상을 구현해 실용성을 높였다.

임형준 교수는 "이번 연구는 압전 에너지 하베스터 설계에서 불확실성과 제조 가능성을 동시에 고려한 실용적 접근을 제시했다는 점에서 의미가 있다"며 "향후 자가구동 센서, 스마트 구조물, 진동 기반 에너지 하베스팅 시스템 등 다양한 분야에 폭넓게 활용될 것으로 기대된다"고 밝혔다.

한편, 이번 연구 결과는 국제 학술지 'Results in Engineering(공학연구성과, IF 7.9, JCR 상위 3%)'에 'Efficient Robust Topology Optimization of Piezoelectric Energy Harvesters with Smooth Boundaries and Reduced Computational Cost'라는 제목으로 게재됐다.