1 하늘을 날고 있는 드론 날개에 녹색 레이저를 쏘아 무선 충전하는 모습의 상상도. 공중 무선 충전이 가능해지면 배터리를 교체하러 착륙할 필요 없어 드론의 임무 시간에 제한이 없어진다. /사진 챗GPT 2 드론 날개 밑에 레이저를 쏘자, 페로브스카이트 태양전지와 열전 복합소자에서 전기가 발생해 프로펠러가 구동됐다. /사진 중국 민항대 중국 민항대 항공공정학부의 한젠화(韓建华) 교수와 칭화대 재료학부 린훙(林红) 교수와 연구진은 “드론 날개에서 레이저 빔의 에너지를 전기로 변환하는 복합소자를 개발했다”고 7월 30일(현지시각) 셀 자매지인 국제 학술지 ‘물질과 빛’에 발표했다. 연구진은 지상에서 드론 날개에 레이저를 쏘아 프로펠러를 돌리는 데 성공했다. 한 교수는 “배터리 수명은 드론의 임무 시간을 늘리는 데 가장 큰 장벽”이라며 “앞으로 산림이나 재난 현장을 조사하거나 소포를 배달하는 드론이 배터리를 교체하기 위해 착륙할 필요가 없어질 것”이라고 밝혔다. 빛과 열을 모두 전기로 변환 연구진은 페로브스카이트 태양전지와 열전(熱電)소자를 붙인 복합소자를 개발했다. 지상에서 쏜 레이저 빛을 받아 전기를 만드는 것은 날개 아래쪽에 있는 수신기의 페로브스카이트 태양전지다. 페로브스카이트는 티탄산 칼슘(CaTiO₃)을 처음 발견한 러시아 광물학자의 이름을 딴 물질로, 양이온 두가지(A, B)와 음이온(X) 하나가 결합한 결정구조(ABX₃)를 가진다. 야마토게임기 연구진은 세슘납브로마이드(CsPbBr₃) 결정으로 만든 페로브스카이트 전지에 온도 차이로 전기를 만드는 열전소자를 붙여 폐열로 버려지는 에너지까지 재활용했다. 레이저를 비추는 곳은 온도가 올라가고 반대편은 온도가 낮아 열전 층이 전기를 만들 수 있다. 연구진이 드론 날개의 복합소자에 레이저를 비추자 프로펠러가 구동됐다. 페로브스카이트는 기존 실리콘 태양전지보다 포착할 수 있는 빛 파장대가 더 넓어 차세대 태양전지로 각광받고 있다. 또 실리콘 태양전지는 고온에서 가공하지만, 페로브스카이트 전지는 용액 화학반응으로 간단하고 저렴하게 만들 수 있고, 플라스틱 필름에 바르면 바로 휘어지는 전지가 된다. 문제는 지상에서 고출력 레이저를 쏘면 전지 표면이 80~90℃까지 과열된다는 。이다. 태양전지가 최고 효율을 내는 표면 온도는 실내 온도에 해당하는 17~25℃ 정도다. 이를 넘기면 발전(發電) 효율이 떨어지고 장치의 수명도 단축된다. 연구진은 “기존 레이저 무선 충전은 태양전지 소재의 광전환 효율에만 집중했지만, 이번에는 문제가 되는 열까지 추가 전력원으로 활용했다”고 설명했다. 3 크라우스 함다니 에어로스페이스의 K1000ULE 드론(위)과, 날개 하단 레이저 수신기의 근접 촬영 사진(아래). /사진 파워라이트 테크놀로지 바람길과 나노 막대로 과열 방지 연구진은 태양전지가 과열되는 것을 막기 위해 페로브스카이트 층과 탄소 전극 사이에 열을 차단하는 안티모니 셀레나이드(Sb₂Se₃) 나노 막대를 넣었다 오리지널 골드몽 . 일종의 열 장벽을 만든 셈이다. 나노 막대를 따라 전기가 더 잘 흐르고 페로브스카이트 결정의 결함도 줄어든다고 연구진은 설명했다. 날개 구조도 바꿨다. 드론 날개 윗부분에 세로로 판형 핀을 붙여 공기와 닿는 면적을 넓혔다. 그만큼 열이 빨리 식는다. 날개 안에도 공기 통로를 만들었다. 이러면 페로브스카이트 층의 온도가 내려갈 뿐 아니라 열전 층에서 차가운 면의 온도도 더 내려갔다. 그만큼 발전 효율도 높아진다. 열전 층은 양쪽의 온도 차이가 클수록 전기를 더 많이 생산하기 때문이다. 연구진은 단열 나노 막대와 새로운 날개 구조 덕분에 녹색 레이저를 쏘았을 때 페로브스카이트-열전 복합소자는 에너지의 38.49%를 전기로 바꿨다고 밝혔다. 이는 지난 7월 중국 론지 그린 에너지가 페로브스카이트-실리콘 탠덤(적층) 전지로 세운 최고 기록인 35.5%를 뛰어넘는 수치다. 적층 전지에서 페로브스카이트는 에너지가 높은 단파장 빛을 흡수하고, 낮은 에너지의 장파장 빛은 실리콘이 흡수한다. 비결은 전지 구조뿐 아니라 드론 날개 구조도 전기 생산에 최적화한 데 있었다. 한 교수는 “기존 연구는 주로 재료나 장치 자체에 초。을 맞췄지만 우리는 실험실을 넘어 이 시스템을 실제로 항공기에 어떻게 통합하고, 비행에 적합하게 만들 수 있을지 고민했다”며 “이는 단순한 재료과학 문제가 아니라 공학적 과제”라고 말했다. 다만 아직 지상 실험만 성공했지 실제 공중 충전까지는 실험하지 못했다. 모바일 바다이야기 먹튀 돈 받기 공중 무선 충전이 상용화되려면 움직이는 드론을 정확히 추적하는 레이저 빔 조준 기술이 필요하다. 구름이나 안개, 먼지에 따른 빛에너지 손실도 감안해야 한다. 한 교수는 “이번 연구는 빛으로 항공기에 연료를 보급할 가능성을 보여줬다”며 “1에서 100으로 나아가기 위해 많은 공학적 문제를 해결해야 하지만 이번 연구가 출발.이 될 것”이라고 말했다. 미국에선 군용으로 개발 중 앞으로 드론 공중 충전에서도 미·중 대결이 펼쳐질 것으로 보인다. 공중 충전은 드론의 무제한 비행을 실현할 수 있어 군사용으로 먼저 개발되고 있다. 지난해 6월 미국 방위고등연구계획국(DARPA)은 8.6㎞ 거리에서 800W(와트)의 전력을 성공적으로 전송했다. 1년이 지나 무선 전송하는 전력의 단위가 바뀌었다. 미국 파워라이트 테크놀로지는지난 4월 미 중부사령부의 지원을 받아 지상에서 레이저를 쏘아 드론에 킬로와트급 전력을 전송하는 실험에 성공했다. 파워라이트는 최대 1.5㎞ 상공까지 레이저로 전력을 전송하는 기술을 개발했다. 당시 실험에 사용한 크라우스 함다니 에어로스페이스의 K1000ULE 드론은 태양전지로 최대 75시간 연속 비행 기록을 세웠는데, 레이저를 통한 무선 전력 전송 기술이 완성되면 사실상 무한 비행이 가능해질 전망이다. 레이저는 무기도 된다. 미국 해군연구소는 아군 드론에 전력 전송을 하다가 적군 드론이 나타나면 바로 공중 방어 시스템으로 바꾸는 이중 레이저 시스템을 개발하고 있다. 지난 6월 보잉과 같이한 실험에서 지상에서 레이저를 쏘아 군사용 드론을 충전하고 동시에 적군의 드론을 무력화할 수 있음을 입증했다. cia954.net