• 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.

• 한국의류학회지
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• 제44권6호
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• pp.1224-1239
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• 2020

This study develops a wearable solar energy harvesting device that absorbs solar energy to generate and store power which can be used during outdoor activities by users even after dark. For this study, a prototype hat for outdoor activities at night was developed after the design of a solar energy harvesting generation, storage, and delivery system was designed that could store energy to light up LEDs. First, the main control board of the system was designed to integrate the charging function, the darkness detection circuit, the battery voltage sensing circuit, and the LED driving circuit in order to reduce bulkiness and minimize the connection structure. It was designed to increase convenience. Second, the system was designed as a wearable fashion product that connected each part with fiber bands and manufacturing it so as to be detachable from the hat. Third, charging and LED operation tests show that the battery is fully charged after 5 hours even in winter when the illuminance value is low. In addition, the LED operation experiment verified the effectiveness of a buffered system that could operate the LEDs for about 3 hours at night.

• 세라미스트
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• 제22권2호
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• pp.122-132
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• 2019

Wearable electronic devices with batteries must be lightweight, flexible and highly durable. Most importantly, the battery should be able to self-generate to operate the devices without having to be too frequently charged externally. An eco-friendly energy harvesting technology from various sources, such as solar energy, electromagnetic energy and wind energy, has been developed for a self-charging flexible battery. Although the energy harvesting from such sources are often unstable according to the surrounding environment, the energy harvesting from body movements and vibrations has been less affected by the surrounding environment. In this regard, flexible piezoelectric modules are the most attractive solution for this issue, because they convert mechanical energy to electrical energy and harvest energy from the human body motions. Among the various flexible piezoelectric modules, piezoelectric nanofibers have advantages when used as an energy harvester in wearable devices, due to their simple manufacturing process with good applicability to polymers and ceramics. This review focused on diverse flexible piezoelectric nanofibers and discusses their applications as various energy harvesting systems.

• 전기전자학회논문지
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• 제21권1호
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• pp.66-69
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• 2017

In recent year, energy harvesting technologies from the ambient environments such as light, motion, wireless waves, and temperature again a lot of attraction form research community [1-5] due to its efficient solution in order to substitute for conventional power delivery methods, especially in wearable together with on-body applications. The drawbacks of battery-powered characteristic used in commodity applications lead to self-powered, long-lifetime circuit design. Thermoelectric generator, a solid-state sensor, is useful compared to the harvesting devices in order to enable self-sustained low-power applications. TEG based on the Seebeck effect is utilized to transfer thermal energy which is available with a temperature gradient into useful electrical energy. Depending on the temperature difference between two sides, amount of output power will be proportionally delivered. In this work, we illustrated a low-input voltage energy harvesting circuit applied discontinuous conduction mode (DCM) method for getting an adequate amount of energy from thermoelectric generator (TEG) for a specific wearable application. With a small temperature gradient harvested from human skin, the input voltage from the transducer is as low as 60mV, the proposed circuit, fabricated in a $0.6{\mu}m$ CMOS process, is capable of generating a regulated output voltage of 4.2V with an output power reaching to $40{\mu}W$. The proposed circuit is useful for powering energy to battery-less systems, such as wearable application devices.

• 감성과학
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• 제25권4호
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• pp.119-128
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• 2022

본 연구의 목적은 웨어러블 에너지 하베스팅의 전도사를 통한 효율적인 전력 전달을 위해 전도사 자수 스트치 회로에서 각도와 굽힘의 개수가 저항에 미치는 영향을 분석하고 실제 태양광 패널과의 연결을 통해 손실 전력의 변화를 연구하는 것이다. 본 연구에서는 전도사 스티치 회로의 각도를 30˚부터 180˚까지 30˚단위로 설계하였으며 저항의 측정은 analog discovery2 장비를 활용하여 측정한다. 측정한 저항값을 분석하여 저항값이 급격히 변화하는 각도의 구간에서는 5˚단위로 다시 측정하여 분석한다. 이후 분석 결과를 토대로 전도사에 가해지는 장력이 수렴하는 각도를 분석하고 해당 각도에서 스티치의 굽힘 개수를 달리하여 다시 저항을 측정한다. 스티치의 각도가 줄어들수록, 굽힘의 개수가 늘어날수록 저항은 줄어듦을 확인하고 연구결과를 토대로 스티치로 인한 손실 전력을 계산한 결과 전도사 자수 스티치가 일반적인 자수에 비해 1.61배의 손실 전력을 줄일 수 있음을 고찰한다. 이러한 결과는 웨어러블 에너지 하베스팅의 전도사를 통한 전달에서 자수의 스티치가 전력 전달에 중요한 영향을 미치는 것을 시사한다. 본 연구결과를 기반으로 후속 연구에서는 곡선 형태의 스티치, 전도사의 개수 등 다양한 형태의 스티치를 비교 분석하여 웨어러블 에너지 하베스팅이 보다 효율적으로 생산 후 저장될 수 있도록 하는 전도사 회로 설계 기술을 개발하고자 한다.

• 한국전자통신학회논문지
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• 제13권5호
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• pp.1093-1100
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• 2018

웨어러블 기기에서 반도체의 소형화 및 저전력 기술이 빠르게 진행됨에 따라 다양한 초소형 형태의 응용서비스를 제공할 수 있게 되었다. 최근에는 태양열, 피에조, 마찰 등 다양한 에너지 하베스터를 이용해 저전력 반도체는 매우 낮은 전원으로도 동작할 수 있게 되었다. 웨어러블 상황에서의 대부분에 에너지 하베스팅은 비연속적(non-linear)으로 발전된다. 이에 따라 본 연구에서는, 3Hz의 낮은 주파수기반 디바이스 플랫폼을 제작하여 실험적으로 평가하였다. 본 연구는 비연속적 발전 환경을 고려해, 2단계의 저장환경과 사용된 에너지 발전소자의 맞춘 에너지 고효율 변환 플랫폼 설계하였다. 또한, 비연속적 에너지 수집 환경에서 안정적인 에너지를 저장 유지를 통해 약 4.67mW/min 발전하였다.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제35권2호
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• pp.119-128
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• 2022

Recent advancement of Internet of Things (IoT) and energy harvesting technology enable realization of flexible thermoelectric energy harvester (f-TEH), with technological prowess for use in biomedical monitoring system integrated applications. To expand a flexible thermoelectric energy harvesting platform, the f-TEH must be required for optimized flexible thermoelectric materials and device structure. In response to these demands related to thermoelectric energy harvesting, many research groups have investigated various f-TEHs applied as a power source for wearable electronics. As a key member of the f-TEH, film-based f-TEHs possess significant applicability in research to realize self-powered wearable electronics, owing to their excellent flexibility, low thermal conductivity, and convenient fabrication process. Thus, based on the rapid growth of thermoelectric film technology, this review aims to overview comprehensively the f-TEH made of various inorganic/organic thermoelectric materials including developed fabrication methods, high thermoelectric performance, and wide-range applications.

• 한국분말재료학회지
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• 제25권3호
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• pp.263-272
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• 2018

Recent developments in the field of energy harvesting technology that convert ambient energy resources into electricity enable the use of self-powered energy systems in wearable and portable electronic devices without the need for additional external power sources. In particular, piezoelectric-effect-based flexible energy harvesters have drawn much attention because they can guarantee power generation from ubiquitous mechanical and vibrational movements. In response to demand for sustainable, permanent, and remote use of real-life personal electronics, many research groups have investigated flexible piezoelectric energy harvesters (f-PEHs) that employ nanoscaled piezoelectric materials such as nanowires, nanoparticles, nanofibers, and nanotubes. In those attempts, they have proven the feasibility of energy harvesting from tiny periodic mechanical deformations and energy utilization of f-PEH in commercial electronic devices. This review paper provides a brief overview of f-PEH devices based on piezoelectric nanomaterials and summarizes the development history, output performance, and applications.

• 진공이야기
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• 제3권2호
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• pp.17-20
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• 2016

Piezoelectric nanogenerators are energy harvesting device to convert a mechanical energy into an electric energy using nanostructured piezoelectric materials. This review summarizes works to date on piezoelectric nanogenerators, starting with a basic theory of piezoelectricity and working mechanism, and moving through the reports of numerous nanogenerators using nanorod arrays, flexible substrates and alternative materials. A sufficient power generated from nanogenerators suggests feasible applications for either power supplies or strain sensors of highly integratedl nano devices. Further development of nanogenerators holds promise for the development of self-powered implantable and wearable electronics.

• 융합정보논문지
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• 제11권11호
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• pp.151-158
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• 2021

본 논문에서는 차세대 태양전지로 대표되는 유기, 염료 감응형, 페로브스카이트 태양전지의 최신 연구 동향과 건축, 조형예술, 의류패션 등 분야를 막론한 다양한 산업의 소재로의 과제와 활용 가능성을 분석하였다. 더불어, 웨어러블 IoT 장치와 결합하여 자연 및 인공광과 우리 몸의 움직임에 따라 생성되는 크고 작은 진동 에너지를 전기에너지로 공급하는 역할을 하게 될 '스마트 텍스타일 하이브리드 에너지 하베스팅 소자'의 새로운 미래전망과 그 가능성을 제시하였다. 차세대 태양전지와 마찰·압전소자를 융합한 '하이브리드 텍스타일 에너지 하베스팅 디바이스'는 4차 산업혁명 시대의 웨어러블 IoT 기기에 소재 자체로 결합하여 새로운 '융합 일체형 스마트 의류'로 발전할 것이다. 이 연구가 제안한 차세대 나노기술과 소자가 에너지 하베스팅 기능을 갖는 스마트 섬유 소재 분야에 적용되고, 미래 의류 산업에 융합되어 의료, 헬스케어 등 다양한 분야에 AI 서비스 제공하는 창의적인 제품으로 진화하는 패러다임의 전환점이 되길 바란다.