레이저 충전 기술이 가까워지고 있습니다

일본 닛케이 산교 신문에 따르면 도쿄에는 빛 에너지를 전기로 변환할 수 있는 레이저 방출 물체가 있다. 이를 통해 휴대폰과 가전제품의 충전 케이블을 구성할 필요가 없을 뿐만 아니라 전기 자동차(EV)도 멈추지 않고 충전할 수 있습니다. 2050년에는 충전 케이블에서 벗어난 삶이 실현될 수 있습니다.

레이저 충전의 원리는 매우 간단합니다. 전기 에너지를 이용하여 레이저 빛을 방출하고, 레이저 빛이 조사된 물체는 발전 패널에서 전기 에너지로 변환됩니다. Tokyo Institute of Technology의 Tomoyuki Miyamoto 부교수는 효율성과 안전 문제가 해결될 수 있다면 레이저 충전이 가능한 한 빨리 실용화될 수 있다고 말했습니다.

 

Miyamoto의 팀은 레이저를 사용하여 약 10와트의 전류를 전달할 수 있었습니다. 또한 이를 사용하여 무선 제어 시스템을 조작하고 지상에서 레이저를 사용하여 드론을 정지 상태로 유지할 수 있습니다. 또한 그들의 기술은 물의 방해를 받지 않기 때문에 수중 드론도 충전할 수 있습니다.

오늘날 널리 사용되는 대부분의 무선 충전 기술은 전기 에너지를 전달하기 위해 코일에 전원이 공급될 때 생성되는 자기장을 활용하는 전자기 유도 원리를 사용합니다. 휴대전화의 무선 충전이 실용적인 예입니다. 이 방법은 약 90%의 충전 효율을 갖지만 휴대폰과 충전기 사이의 거리는 몇 센티미터 이내로 유지되어야 합니다.

 

더 먼 거리에서 더 선호되는 옵션은 마이크로웨이브 무선 충전입니다. 이 기술은 특정 파장의 전자기파를 사용해야 합니다. 하지만 장거리 충전 시 거리에 따라 전송 효율이 크게 떨어지기 때문에 고전력 전송이 어렵다. 또한 전자파는 수신기의 기기에 노이즈를 발생시켜 오작동을 일으키기 쉽습니다.

 

반면 레이저는 장거리 전력 전송 시 에너지 전환율을 50% 정도로 유지할 수 있다. 레이저는 장거리 고출력 무선충전을 구현하기 위한 기술적 수단으로 널리 알려져 있다.

 

하지만 이 충전 방식은 완벽하지 않아 안전성 문제가 매우 까다롭다. 레이저 출력이 매우 높기 때문에 일단 인체가 매우 위험하면 무인 환경의 사용 또는 엄격한 관리에 대한 인력 접근의 관련 장소를 보장해야 합니다.

 

Miyamoto는 레이저 충전 기술이 무인 창고 센서와 자동 가이드 차량(AGV)에서 먼저 시도될 수 있다고 말했습니다. 무인 창고 센서는 창고 곳곳에 설치되어 있으며, 일부는 창고 내에서도 자유롭게 이동할 수 있으며, 창고 레이저를 지속적으로 충전하는 상단에서 발사할 수 있습니다. 이 기술은 2030년경에 작동될 것으로 예상됩니다.

 

연구원들은 또한 누군가가 있는 동안 가전 제품과 휴대폰을 충전하려고 시도하고 있습니다. 카메라 등의 부품을 통해 사람의 위치를 ​​파악하고 사람이 접근하면 레이저 발사를 멈춰 안전을 확보한다. 이러한 종류의 기술을 보유하면 레이저로 전기 자동차를 지속적으로 고전력으로 충전하여 계속 움직일 수 있습니다.

 

해외에서는 이 분야의 스타트업이 속속 설립되고 있다.

 

미국에 기반을 둔 PowerLight Technologies와 스웨덴의 Ericsson은 5G 기지국용 레이저 무선 전원 공급 장치의 실증 실험에 협력했습니다. 이스라엘의 Wi-Charge는 IoT 장치용 무선 충전 기술을 개발하고 있습니다.

 

미야모토는 이와는 대조적으로 일본은 실질적인 진전이 거의 없지만 이 분야에 관심을 갖는 회사가 점점 늘어나고 있다고 설명합니다. Miyamoto 등은 관련 세미나를 통해 정보 공유를 촉진하기 위해 노력하고 있습니다.

 

기존에 레이저는 광섬유와 같은 정보통신 분야뿐만 아니라 CD, DVD 등의 메모리 제작에도 활용되어 왔다. 또한 산업에 없어서는 안될 레이저 포커싱의 발열 특성을 이용하여 금속 가공에도 사용되었습니다.

 

레이저는 안면인식과 자율주행 분야에서도 두각을 나타내고 있다. 휴대폰의 안면인식 기능은 적외선 레이저를 사용해 얼굴의 3차원적 특징을 얻어 사용자가 주인인지 판단한다.

 

자동차는 장애물의 모양과 위치를 결정하기 위해 자율 주행 모드에서 주변을 비추기 위해 레이저를 사용할 수 있습니다.

 

레이저를 사용할 수 있는 시나리오의 수는 계속해서 증가하고 있습니다. 핵융합 발전에 높은 에너지 함량을 활용하려는 시도가 있습니다. 고출력 레이저를 한 점에 집속하고 고밀도 조건에서 압축과 가열을 통해 융합 반응을 촉진합니다. 다양한 국가의 스타트업들이 관련 R&D 활동에 활발히 참여하고 있습니다.

 

농업 분야에서 레이저는 식물의 생장과 토양 상태를 모니터링하는 데 사용할 수 있으며 잡초와 곤충을 제거하는 데에도 사용할 수 있으므로 농약 사용을 줄이고 무인 식물 공장을 실현할 수 있습니다.

 

앞으로 레이저는 다양한 분야에서도 활용될 것입니다.