전력 생산 외에도, 이 기술은 건설 중인 구조물의 손상 여부를 감시하거나 지진과 같은 자연 현상이 건물에 미치는 영향을 파악하는 데 사용될 가능성이 있습니다.
미국 펜실베이니아주 피츠버그 대학교(Pitt)의 과학자들은 특수한 전자기적 특성을 지닌 이종 인공 물질인 메타물질을 활용하여 콘크리트를 새로운 차원으로 끌어올려 스마트 인프라를 개발하고자 합니다.
그들의 연구에서는 에너지를 감지, 생성 및 수집하는 내부 기능을 갖춘 경량의 기계적으로 조절 가능한 콘크리트 시스템에 대한 새로운 개념을 제시합니다.
피츠버그대학교 토목환경공학과 조교수인 아미르 알라비는 공식 성명을 통해 “인프라 프로젝트에 콘크리트가 대량으로 사용됨에 따라 경제적이고 환경적으로 지속 가능하면서도 첨단 기능을 제공하는 차세대 콘크리트 소재 개발이 필수적입니다. 건설 자재 개발에 메타물질 패러다임을 도입함으로써 이러한 모든 목표를 달성할 수 있습니다.”라고 밝혔습니다.
이것이 바로 전기를 생산하는 방식입니다
이 연구팀이 메타물질을 연구한 것은 이번이 처음은 아닙니다. 이전에도 치과 임플란트에 메타물질을 사용한 바 있습니다. 하지만 이번에는 취성, 유연성, 형태 등의 특성을 조절할 수 있는 고도로 적응 가능한 콘크리트를 만드는 데 이 메타물질을 활용했습니다. 이를 통해 건축업자들은 강도나 내구성을 희생하지 않고도 더 적은 양의 재료를 사용할 수 있게 되었습니다.
이 메타물질은 전도성 시멘트 매트릭스 내에 강화된 팽창성 고분자 네트워크로 구성되어 있으며, 연구진은 여기에 흑연 분말을 첨가하여 전극을 형성했습니다. 또한, 기계적 트리거 또는 나노 발전기를 통해 층 사이의 접촉을 통해 전기를 생성할 수 있습니다. 즉, 자체적으로 전기를 생성할 수 있습니다.
아직 전력망에 전력을 공급할 만큼 충분한 전기를 생산할 수는 없지만, 과학자들은 도로에 내장된 센서, 특히 GPS 신호가 너무 약하거나 라이다 기술이 작동하지 않을 때 자율 주행 차량을 지원하도록 설계된 미래의 센서를 작동시킬 만큼의 전력을 생산하고 있습니다.
전력 생산 외에도, 이 기술은 건설 중인 구조물의 손상을 모니터링하거나 지진과 같은 자연 현상이 건물에 미치는 영향을 관찰하는 데 활용될 가능성이 있습니다. 더욱이, 메타물질 자체는 유연성, 모양, 취성 등을 변화시켜 어떤 구조물에도 맞도록 물리적으로 조정할 수 있습니다.
연구원들이 실시한 테스트에 따르면, 이 소자는 구조적 무결성을 유지하면서 최대 15%까지 압축될 수 있으며 330μW의 전력을 생산할 수 있습니다.
알라비는 “이 프로젝트는 초압축성과 에너지 수확 기능을 갖춘 최초의 복합 메타물질 콘크리트를 선보입니다. 이러한 경량의 기계적으로 조절 가능한 콘크리트 시스템은 공항에서 제어 불능 항공기의 속도를 줄이는 데 도움을 주는 충격 흡수 엔지니어링 재료나 지진 발생 시 기초 격리 시스템과 같은 다양한 분야에서 콘크리트를 활용할 수 있는 가능성을 열어줍니다.”라고 말합니다.
확장 가능한 사용
이 프로젝트는 해당 소재를 다양한 용도로 활용하는 것을 목표로 하며, 존스 홉킨스 대학교, 뉴멕시코 주립 대학교, 조지아 공과대학교, 베이징 나노에너지 및 나노시스템 연구소(중국), 피츠버그 대학교 스완슨 공과대학의 과학자들이 참여하고 있습니다. 또한, 해당 소재의 더 많은 특성과 가능성을 구현하기 위한 연구도 진행하고 있습니다.
그들은 자신들이 개발한 이 다기능 콘크리트가 "확장 가능하고 비용 효율적이며 친환경 에너지 수확을 통해 운영을 지속할 수 있기 때문에" 인프라에 널리 사용되는 구성 요소가 될 수 있다고 지적합니다. 적어도 그들은 "스마트 토목 인프라를 위한 다기능 나노발전기를 갖춘 통합 메타물질 콘크리트 시스템"이라는 제목의 연구 논문에서 그렇게 주장하고 있으며, 이 논문은 학술지 Advanced Materials.
이 콘크리트가 스마트 자가 발전 인프라 구축에 잠재력을 갖고 있음에도 불구하고, 연구진은 제품 개선을 위해 대규모 테스트가 필요하다고 지적했습니다. 또한 습도, 강우, 온도 변화와 같은 환경적 스트레스 요인으로부터 에너지 수확 나노 발전기에 통합된 소재를 보호하는 방법에 대한 추가 연구가 필요하다고 언급했습니다.
하지만 연구팀은 이미 펜실베이니아 교통부(PennDOT)와 협력하여 이 콘크리트 메타물질을 개발했으며, 향후 펜실베이니아 도로에 이 물질을 사용하는 것을 목표로 하고 있습니다.
출처: https://www.elespanol.com/
