• 문화기술의 융합
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• 제6권3호
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• pp.361-367
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• 2020

본 논문은 초소형 디바이스 분야에서 사용될 수 있는 배터리가 없는 초저전력 자가발전 협업 신경망 시스템을 제공하는 디바이스에 대하여 설명한다. 본 디바이스는 외부에서 전력을 공급하지 않더라도 동작하며, 다른 신경망과 협업하여 대규모의 신경망 구축이 가능하다. 해당 디바이스는 에너지 하베스팅 모듈을 탑재하고 있어 공간적 제약 없이 어느 곳에서나 자가발전을 이용하여 사용이 가능하며, 디바이스 내부의 신경만을 가지고도 동작할 수 있지만 상황에 따라 네트워크를 통해 대규모의 신경망의 일부로 사용하는 것도 가능하다.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제37권1호
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• pp.112-117
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• 2024

The Internet of Things (IoT) device is a key component for Industry 4.0, which is the network in homes, factories, buildings, and infrastructures to monitor and control the systems. To demonstrate the IoT network, batteries are widely utilized as power sources, and the batteries inevitably require repeated replacement due to their limited capacity. Magneto-mechano-electric (MME) generators are one of the candidate to develop self-powered IoT systems since MME generators can harvest electricity from stray alternating current (AC) magnetic fields arising from electric power cables. Herein, we report a magneto-mechano-triboelectric generator enabled by a ferromagnetic-ferroelectric composite. In the triboelectric nylon matrix, a ferromagnetic carbonyl iron powder (CIP) was introduced to induce magnetic force near the AC magnetic field for MME harvesting. Additionally, a ferroelectric ceramic powder was also added to the MME composite material to enhance the charge-trapping capability during triboelectric harvesting. The final ferromagnetic-ferroelectric composite-based MME triboelectric harvester can generate an open-circuit voltage and a short-circuit current of 110 V and 8 μA, respectively, which were enough to turn on a light emitting diode (LED) and charge a capacitor. These results verify the feasibility of the MME triboelectric generator for not only harvesting electricity from an AC magnetic field but also for various self-powered IoT applications.

• 사물인터넷융복합논문지
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• 제8권1호
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• pp.17-22
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• 2022

본 논문은 사물인터넷 기반의 자가 전력을 이용한 무선 버스 정보 및 재난 정보 시스템에 관한 연구이다. 기존의 버스 정보 시스템은 유선으로 전력과 통신을 제공함에 따라 유선 매설작업으로 인한 설치비용 증가와 설치 장소 제약의 문제가 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 자가 전력을 이용한 무선 버스 정보 및 재난 정보 시스템을 제안하였다. 제안된 시스템은 버스 도착 정보를 제공하며, 자연재해 등의 재난 발생 시, 시스템의 스피커를 통해 재난 정보도 알림으로써 혼란과 피해를 줄일 수 있다. 본 연구에서는 태양광 모듈을 이용한 자가 전력 시스템을 제안하였고, 무선 WiFi 또는 LTE를 통해 데이터를 송·수신하기 때문에 설치비용을 줄일 수 있고 설치 장소 제약의 문제를 해결할 수 있다.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제34권5호
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• pp.271-282
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• 2021

The internet of things (IoT) technology is a key component for the advent of 4^th industrial revolution, which is the network of home appliances, infrastructures, and vehicles to remotely investigate these systems. For the operation of compact IoT devices, batteries are widely used as electric power, and the limited lifetime of batteries inevitably leads to periodic replacement. Magneto-mechano-electric (MME) generators may be alternatives to batteries inside the IoT devices by converting stray magnetic field into electric energy, since we are always surrounded by ambient alternating current (AC) magnetic fields induced from electric power transmission lines everywhere. This article reviews the recent domestic research progress in high-performance MME generators and their application field for IoT and electronic devices.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제26권9호
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• pp.1347-1356
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• 2022

본 연구에서는 소자의 크기에 따른 코발트-저마늄 박막 기반의 galvanic cell의 특성을 조사하고, 이를 물 접촉 감지에 활용하기 위한 아두이노 기반 사물인터넷 센서 네트워크에의 적용을 제시한다. 본 연구에서 제안하는 코발트 저마늄 박막 기반 galvanic cell은 기존의 압전, 열전 에너지 하베스팅 소자와 다르게, 소자의 손상을 줄 수 있는 기계적인 변형이나 온도 구배를 필요로 하지 않는다는 점에서, 자가발전 센서 네트워크를 구축하는데 있어 더욱 적합한 에너지 하베스팅 소자로 적합하다. 본 연구는 스퍼터링 방식으로 증착된 코발트-저마늄 박막 기반의 galvanic cell을 센서로 활용함으로써 향후 자가발전 센서 네트워크의 실현 가능성에 대해 논의함으로써 향후 연구, 개발될 발전된 형태의 센서 네트워크 구축에 기여할 것으로 기대된다.

• 전기전자학회논문지
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• 제25권1호
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• pp.109-115
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• 2021

본 논문에서는 환경문제로 높은 관심을 받고 있는 미세먼지를 측정하여 실시간으로 데이터를 전송하는 측정 단말기를 개발하였다. 단말기는 설치가 쉽도록 외부와의 데이터 연결은 전국에 퍼져 있는 LTE 망을 사용하도록 하였고 전원은 태양전지와 충전지를 사용하여 유선 전력망에 연결될 필요없이 지속 가능한 독립적인 형태로 개발하였다. 단말기를 통해 수집된 데이터는 공공 기관에서 제공하는 기상 데이터와 조합하여 미세먼지의 추세를 예측을 할 수 있음을 보였다. 개발된 단말기는 임의의 지역에서 간단한 설치 작업만으로 미세 먼지 측정 데이터를 얻을 수 있어 향후 미세먼지의 보다 정확한 흐름과 영향을 분석하는데 도움이 될 것으로 예상된다.

• 센서학회지
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• 제31권5호
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• pp.301-306
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• 2022

With the recent widespread implementation of Internet of Things (IoT) technology driven by Industry 4.0, self-powered sensors for wearable and implantable systems are increasingly gaining attention. Piezoelectric nanogenerators (PENGs) and triboelectric nanogenerators (TENGs), which convert biomechanical energy into electrical energy, can be considered as efficient self-powered sensor platforms. These are energy harvesters that are used as low-power energy sources. However, they can also be used as sensors when an output signal is used to sense any mechanical stimuli. For sensors, collecting high-quality data is important. However, the accuracy of sensing for practical applications is equally important. This paper provides a brief review of the performance advanced by the materials and structures of the latest PENG/TENG-based wearable sensors and intelligent applications applied using artificial intelligence (AI)

• 센서학회지
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• 제32권4호
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• pp.213-218
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• 2023

Triboelectric nanogenerators (TENGs) have emerged as a highly promising energy harvesting technology capable of harnessing mechanical energy from various environmental vibrations. Their versatility in material selection and efficient conversion of mechanical energy into electric energy make them particularly attractive. TENGs can serve as a valuable technology for self-powered sensor operation in preparation for the IoT era. Additionally, they demonstrate potential for diverse applications, including energy sources for implanted medical devices (IMDs), neural therapy, and wound healing. In this review, we summarize the potential use of this universally applicable triboelectric energy harvesting technology in the disinfection and blocking of pathogens. By integrating triboelectric energy harvesting technology into human clothing, masks, and other accessories, we propose the possibility of blocking pathogens, along with technologies for removing airborne or waterborne infectious agents. Through this, we suggest that triboelectric energy harvesting technology could be an efficient alternative to existing pathogen removal technologies in the future.

• 한국전자통신학회논문지
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• 제13권1호
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• pp.153-162
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• 2018

웨어러블 디바이스의 서비스 제공을 위한 지속 가능한 전원에 대한 요구가 높아짐에 따라 에너지 하베스팅의 중요성이 증대되고 있다. 본 연구는 마찰소자를 고려한 다중 에너지 하베스팅 플랫폼인 EH-P를 개발하였다. 높은 전압과 낮은 전류를 가진 하베스팅 소자에 전압을 낮추면서 전류를 높일 수 있는 스위치 회로 제시하였다. PV와 TENG의 상호보완적 구성을 통해 실내 환경에서 짧은 시간동안 MCU가 동작할 수 있는 전압과 전류를 제공할 수 있었다. 결과적으로 제안된 플랫폼을 통해 웨어러블 플랫폼을 동작시키고, 제작된 웨어러블 디바이스에서 전체 소모 전력 요구량의 29%를 제공함으로써 웨어러블 디바이스 사용시간(device life time)을 증가시킬 수 있었다. 이 논문에 제시된 결과는 멀티플 하베스터 플랫폼에서 웨어러블 하베스팅 애플리케이션의 활용을 위한 발전 소자의 가능성을 보여주었다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제60권2호
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• pp.249-254
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• 2022

최근 반도체와 같은 정보통신 기술의 발전과 함께 사물인터넷(IoT) 기술 발전이 급격히 이루어지면서 센서와 무선 통신 기능을 내장하여 주변 사물 및 환경 조건을 감지 및 분석하여 대응하는 원격 환경 모니터링 기술이 주목받고 있다. 하지만, 기 개발된 원격 환경 모니터링 시스템은 모두 별도의 전원 공급 장치를 필요로 하기 때문에 시·공간적 기기 사용의 제한을 야기하여, 사용자의 불편함을 유발할 수 있다. 따라서, 본 연구에서는 생체 역학적 에너지의 역학적 특성이 고려된 기구학적 설계 기반 전자기 발전 소자(Electromagnetic generator, EMG)를 개발함으로써 이의 에너지 자립형 원격 환경 모니터링 구동을 위한 전원 공급 장치로써 활용한다. 낮은 진동 주기 및 큰 진폭 변화의 역학적 특성을 지닌 생체 역학적 에너지를 효과적으로 이용하기 위해 자석의 기구학적 배치를 통한 깨지기 쉬운 힘의 평형을 유도하는 Levitation-EMG (L-EMG)를 설계했다. 이를 통해, L-EMG는 외부 진동에 민감하게 반응하여 자석과 코일 간의 효과적인 상대 움직임을 야기하여 고품질 전기 에너지 공급을 가능하게 했다. 뿐만 아니라, 실제 환경 감지 센서와 무선 통신 모듈의 필요 전력을 최소화하기 위한 마이크로 컨트롤러(Micro control unit, MCU)를 구성하였으며, 내장기능 중 저전력모드(Sleep mode)를 접목하여 소비전력의 최소화 및 이의 구동시간 증가를 달성했다. 최종적으로 사용자의 편의성을 극대화하기 위해 휴대폰 어플리케이션을 구축하여 손쉽게 주변 환경 모니터링을 가능하게 했다. 따라서, 이번 연구는 생체역학적 에너지를 이용한 에너지 자립형 원격 환경 모니터링 구축 가능성을 검증할 뿐만 아니라, 더 나아가 별도의 외부 전원 없이 주변 환경 모니터링이 가능한 설계 방안을 제시할 수 있다.