빛에 반응하는 중합체 이용해 ‘줄기’ 만들고 태양전지에 흔히 사용되는 소재 위에 얹어 ‘꽃’ 완성해

미국의 과학자들이 광원을 향해 움직이며 태양 에너지를 수집할 수 있는, 굵기 1mm 미만의 인공 해바라기를 개발했다. 선봇(SunBOTs)으로 명명된 이 꽃은 빛에 반응하지 않는 동종의 기기보다 발전 효율이 약 400% 높은 것으로 밝혀졌다. 태양광 발전 나아가 태양광 기반 우주선의 동력원으로서 잠재력을 지닌 유망한 기술로 부상했다.

캘리포니아대학(로스앤젤레스) 과학자들이 이끄는 연구팀은 자연의 특성인 굴광성(phototropism)을 모방해 태양 전지의 효율성을 높이는 방안을 모색했다. 식물이 태양과 마주하도록 움직여 받아들일 수 있는 에너지의 양을 최적화하는 성질이다. 연구팀은 학술지 네이처 나노테크놀로지에 실린 논문에서 합성물질에 지향성을 부여하는 것은 “지난한 과업”이었다고 말했다.

그러나 이 문제는 이제 극복됐다. 연구팀은 빛에 반응하는 중합체를 개발했다. 해바라기형 생체모방 전방향성 추적장치(SunBOT)로 명명된 이 시스템은 광원을 곧바로 자동으로 감지·추적할 수 있다. 전원공급 또는 인간의 개입 없이 광범위한 온도 전반에 걸쳐 그렇게 할 수 있다.

연구팀은 중합체를 이용해 ‘줄기’를 만들고 태양전지에 흔히 사용되는 소재를 그 위에 얹어 ‘꽃’을 완성했다. 연구팀이 선봇에 빛을 쬐자 중합체가 가열·수축하기 시작해 줄기가 구부러지면서 꽃이 빛을 향해 움직였다. 연구팀은 인공 해바라기의 태양 에너지 수집 기능이 얼마나 효율적인지 확인하기 위한 테스트를 했다. 그 결과 비굴광성 소재보다 최대 400% 더 효율이 뛰어났다.

선봇을 실생활에 응용하려면 아직 갈 길이 멀다. 연구를 통해 개념이 증명됐지만 상용화하려면 규모를 키워 경제성을 갖춰야 한다. 그러나 연구팀은 언젠가는 산업 전반에 걸쳐 그 기술을 활용할 수 있다고 확신한다. 연구팀은 “이 연구는 강화된 채광장치, 적응형 신호 수신장치, 스마트 윈도, 자립 로봇, 태양범선(태양광의 압력을 이용해 나아가는 우주선), 유도수술, 자동제어 광학기기와 지능형 발전(예컨대 태양전지판, 바이오연료 등)뿐 아니라 망원경·레이더·수중청음기를 이용한 에너지 배출 감지·추적에 유용할 수 있다”고 말했다.

- 한나 오스본 뉴스위크 기자

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