[국경밖 과학]스마트폰이 쓰다 남긴 전파 재활용한다

[국경밖 과학]스마트폰이 쓰다 남긴 전파 재활용한다 <6>공중에 떠다니는 잉여 전파 직류로 바꿔 배터리 충전 등에 재사용

스마트폰을 사용하면서 통신을 하게 되는데, 이때 낭비되는 에너지를 전기에너지로 바꾸어 스마트폰 배터리의 수명을 연장하는 것이 이번 기술의 핵심이다. ⓒ ScienceTimes<br>

스마트폰을 사용하다보면, 스마트폰에 사용되는 전파 이외에도 남는 전파가 생긴다. 주위에 떠다니는 이 전파를 흔히 '잉여 전파'라고 한다. 잉여 전파라고 해서 특별히 문제가 있는 것은 아니다.

만약 잉여 전파를 전기 에너지로 바꿀 수 있다면, 에너지를 절약하는데 도움이 되지 않을까. 지난 9월, 영국에서는 잉여 전파를 전기 에너지로 바꾸는 '프리볼트' 기술을 설명하는 자리가 있었다.

폴 드레이슨 드레이슨 테크놀로지 대표는 영국 왕립연구소에서 열린 발표에서 잉여 전파를 이용한 실험을 직접 보여주었다.

실험에는 참석한 사람들이 사용하는 스마트폰이 이용되었다. 스마트폰의 신호에서 만들어지는 에너지를 모아 스피커를 작동했다. 기기를 작동시키는데 사용된 에너지 말고 떠다니는 에너지를 수확한 셈이다.

이러한 일이 가능했던 이유는 교류를 직류로 전환하는 정류기와 다중대역 안테나로 구성되어 있는 프리볼트 기술 때문이다. 특수 안테나로 무선주파(RF) 신호를 수집하여 직류(DC) 전기로 변환하는 기술이다.

지금까지 잉여 전파를 모아 사용한 경우도 있었지만, 실제로 사용하기에는 미미한 양이기 때문에 상용화에는 어려움이 있었다. 그렇기 때문에 프리볼트 기술 역시 이 부분에 있어서는 자유로울 수 없다.

프리볼트는 얻을 수 있는 에너지의 양이 일정하지 않다는 단점도 있다. 하지만 이는 무선 주파수에 따라 나타나는 잉여 전파의 양이 다르기 때문에 일어나는 현상이다. 떠다니는 양이 일정하지 않으니 수확할 수 있는 에너지의 양도 일정하지 않는 것은 당연한 일이다.

휴대전화의 신호에 영향을 줄 수도 있다는 의문도 제기되고 있다. 물론 과도한 양의 에너지를 수확할 경우, 신호에 영향을 주면서 일종의 ‘절도’행위를 한다고 볼 수 있다. 하지만 잉여 전파는 아주 적은 양의 에너지이기 때문에, 실제로 신호에 영향을 주는 정도는 아니다.

◇잉여 전파 이용해 배터리 수명 연장 가능

이와 비슷하게 잉여 전파를 전기 에너지로 변환하는 기술을 미국에서도 개발해냈다. '에너지 하베스팅'이라는 표현을 사용했는데, 말 그대로 에너지를 수확하는 기술이다.

지난 6월 첸치치(Chi-Chih Chen) 오하이오 주립대학교(The Ohio State University) 전기·컴퓨터공학과 교수는 잉여 전파를 직류(DC) 전력으로 변환하여 다시 배터리를 충전하는 기술을 발표했다.

주변에서 버려지는 에너지를 수확하여 사용할 수 있는 전기에너지로 바꾸는 기술이다. 기존의 에너지 수확 장치는 공중에서 아주 작은 양의 에너지를 모은다. 하지만 이번에 개발된 기술은 에너지원으로부터 직접 에너지를 흡수한다는 차이점이 있다.

스마트폰을 사용하면서 기지국 또는 근거리 무선망 라우터와 통신할 때는 많은 에너지가 낭비된다. 연구팀은 바로 이 에너지의 일부를 스마트폰 배터리로 재활용할 수 있는 장치를 만드는데 성공한 것이다.

◇기본 기술은 이미 오래전부터 사용하고 있어

지금은 대부분의 전력망이 교류를 공급하고 있다. 일정한 주기를 갖고 규칙적으로 크기와 방향을 바꾸는 전류가 교류이다. 하지만 기기가 작동하기 위해서는 직류가 필요하다. 직류는 항상 일정한 방향으로 흐르는 전류이다.

전자제품이 전력을 이용하기 위해서는 교류를 직류로 바꾸어주는 장치가 필요하다. 그래서 전자제품 제조사들은 제품 내부에 교류를 직류로 변환시키는 회로 정류기를 설치했다. 스마트폰도 역시 마찬가지이다. 첸치치 교수가 만든 장치가 회로 정류기 역할을 하게 된다.

프리볼트 기술과 첸치치 교수의 기술이 가진 공통점이 바로 이 부분이다. 두 기술 모두 고주파의 교류를 직류로 바꾸어 전기에너지로 사용할 수 있도록 정류기를 만들었기 때문이다. 정류기 크기에는 차이가 있지만 같은 원리로 에너지를 재활용한다.

무선 신호를 전기 에너지로 바꾸는 것이 상당히 어려운 일이라고 생각할 수도 있다. 하지만 이와 관련된 기술은 이미 오래전부터 사용되어 왔다. 첸치치 교수의 장치는 크라우드 펀딩을 통해 상용화에 나설 예정이며, 프리볼트 기술 역시 상용화를 앞두고 있다.

전 세계 곳곳이 도시화되면서 생활하는 공간도 많은 무선 전파로 채워지고 있다. 그만큼 낭비되는 전파도 많이 있다. 이런 상황에서 잉여 전파를 모아 에너지로 재활용하는 기술은 상당한 의미를 갖는다. 앞으로 잉여전파를 유용하게 이용할 수 있는 기술이 더 개발될 것으로 보인다.