교통 상황을 실시간 모니터링하고 도로나 건물을 자동 보강할 수 있는 센서가 개발됐다. 스마트 구조물 개발과 함께 도로 이상을 감지하고 교통사고를 예측, 대응하는 데 활용될 것으로 기대된다.
기계공학과 박영빈 교수팀은 섬유강화 플라스틱으로 강력하고 내구성이 뛰어난 마찰대전(정전기) 센서를 개발했다. 탄소섬유 복합재로 만든 이 센서는 도로와 같은 구조물에 적용 가능하다. 추가 전력 없이도 차량을 감지하고 움직임을 추적할 수 있다.
탄소섬유 복합재는 우수한 기계적 특성을 가지고 있어 철의 대체재로 활용도가 높다. 철에 비해 무게는 4분의 1 수준이면서 강도는 10배 뛰어나다. 복합재 기반 자가발전 센서를 넓은 면적으로 제작해 차량 주행 테스트에서 그 효과를 확인했다.
그림. 탄소섬유 복합재 센서가 차량을 감지하고 구조물을 동시에 보강할 수 있다.
복합재는 환경 변화에 민감하게 반응하는 터치 센서로도 활용될 수 있다. 전극으로 사용해 타이어가 굴러갈 때 표면에 접촉했다가 떨어질 때 생기는 정전기로 전기가 흐르게 하는 ‘마찰대전’ 원리를 활용했다.
주 참여연구원 이성환 박사는 타이어의 움직임과 크기에 따라 마찰대전 센서가 생성하는 전기 신호의 변화를 분석했다. 두 개의 센서를 배열해 타이어의 움직임을 계산할 때 방해가 되는 요소들을 제거해 더욱 정확하게 추적한 것이다.
박영빈 교수는 “구조 보강용 센서는 실시간으로 교통 데이터를 제공해 교통 상황 모니터링뿐만 아니라 교통사고 대응 및 예측에도 큰 잠재력이 있다”고 설명했다. 이어 “센서가 도로, 교량 등의 통행량과 차량 중량 및 속도 측정에도 적용될 수 있어 학술적인 성과뿐만 아니라 기술적, 산업적인 활용성도 크다”고 덧붙였다.
연구 결과는 세계적인 학술지 Nano Energy에 지난 6월 6일 온라인으로 발표됐다. 연구는 과학기술정보통신부의 지원을 받아 한국연구재단(NRF)이 주관하는 중견연구자 지원사업을 통해 수행됐다.