전자파를 이용한 에너지 하베스팅(Energy Harvesting) 기술로 배터리 없이 동작하는 마이크로 칩이 등장했다. 앞으로 전기가 없는 장소에서도 사물인터넷(IoT) 구현이 가능할 것으로 전망된다.

노르웨이 건강관리 IoT 기업 온아이오(ONiO)는 배터리 없이도 주변에서 수확한 에너지로 완전히 작동 할 수 있는 초저전력 RISC-V 기반 마이크로 칩 ‘온아이오 제로(ONiO.zero)’를 발표했다.

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에너지 하베스팅(Energy Harvesting)이란 태양광 발전처럼 개별 장치들이 태양광, 진동, 열, 바람 등과 같이 자연적인 에너지원으로부터 발생하는 에너지를 모아서 유용한 전기에너지로 바꾸어 사용할 수 있도록 하는 기술을 말한다.

현재 가장 많이 쓰이는 에너지 하베스팅은 크게 4가지 물리 현상을 이용한다. ▲어떤 물질은 기계적으로 누르면 발생하는 압전효과. ▲온도 차이를 이용한 열전효과, ▲금속 등이 고에너지 전자기파를 흡수할 때 전자를 내보내는 광전효과, ▲전자기파를 수집해 전기로 바꾸는 RF(radio frequency) 등이다.

최근에는 전선 주변에 생기는 전자기 유도 현상을 이용하거나 와이파이(Wi-Fi)의 전파에너지를 모으는 등 새로운 기술이 잇따라 등장하고 있다.

시장조사 기관들에 따르면, 2018년 3억8,000만 달러(한화 약 4,400억 원)였으며, 2023년까지 연평균 10.62%의 성장을 이어나가 2023년에는 6억5,000만 달러(한화 약 7,500억 원)에 이를 것으로 예상된다.

온아이오가 개발한 배터리가 필요 없는 마이크로 칩 ‘온아이오 제로’는 초저전력으로, 스스로 전력을 만들어내는 것도 가능하기 때문에 코인셀 전지나 리튬이온전지 등 배터리 특성을 가지고 있다. 또한 RF 대역뿐만 아니라 태양광, 압전, 열전과 같은 외부 소스(옵션)까지 지원한다.

기존 배터리를 사용한 기기는 배터리 교환이라는 유지보수가 필요하다. 하지만, 온아이오 제로는 유지보수 없이 수년간 센서나 기기에 전력을 공급할 수 있다. 특히 소형 전자기기의 대부분의 공간을 차지하는 배터리가 필요 없기 때문에 옷이나 손목시계, 의료용기기 등에 쉽게 적용할 수 있어 주목받고 있다.

온아이오 제로에 채용된 아키텍처는 RISC-V로 RV32EMC를 기반으로 한다. 클록 주파수는 사용 가능한 입력 전압에 따라 변화한다, 1.8V 전원 공급 시 24MHz, 1V는 6MHz, 0.8V는 1MHz를 얻는다.

무선통신 규격에는 블루투스 BLE(Bluetooth Low Energy)를 채용. 주변기기와의 통신에는 I2C나 SPI, UART 등 업계표준의 통신 규격을 사용할 수 있다.

칩의 에너지는 800/900/1,800/1,900/2,400MHz 대역(ISM 및 GSM)에서 전력을 수집하는 내부 무선 주파수 정류기에 의해 제공된다. 또한 칩에 안정적으로 전원을 공급할 수 있는 충분한 전파 에너지가 없는 환경을 위해 내부 전력 공장은 광전지를 400mV, 압전 및 열전은 8V~3.6V까지 지원한다.

김한비 기자 itnews@