KR20190119473A - 스마트 어망 시스템 및 이를 이용하여 어망 위치를 검색하는 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 스마트어망 시스템 등은, 마찰대전 발전모듈 및 상기 마찰대전 발전모듈과 전기적으로 연결되는 위치표시부표를 포함하는 어망; 그리고 상기 어망과 이격되며 무선 통신으로 상기 어망에 제어신호를 전달하는 스마트 기기를 포함하는 시스템으로, 상기 스마트 기기는 무선 통신으로 제어신호를 전달하여 상기 표식의 전부 또는 일부를 활성화 또는 불활성화 하는 방법으로 어망의 위치를 표시 또는 검색하며, 파도의 움직임으로부터 회수되어 저장된 전기 에너지를 활용하여 자가 전력 구동 기능도 가질 수 있다.
Description
본 발명은 마찰대전 발전모듈 및 상기 마찰대전 발전모듈과 전기적으로 연결되는 위치표시부표를 포함하는 스마트어망, 이를 포함하는 스마트어망 시스템, 및 이를 이용하여 어망 위치를 검색하는 방법에 관한 것이다.
어업은 세계의 많은 지역에서 식품의 주요한 원천이다. 어부는 이러한 식품 생산 요구를 만족시키기 위해 다양한 방법으로 생선을 잡는 역할을 한다. 어부들은 어업 활동 동안 강풍, 안개 그리고 해일과 같은 많은 장애에 자주 노출된다. 이러한 장애들은, 어망의 손실을 초래하며, 어망의 정확한 위치를 찾을 수 없게 하는 문제점도 가져온다. 이러한 현실적인 상황은 어부들에게 큰 손실을 가져올 뿐만 아니라 바다를 플라스틱으로 오염시킨다는 문제점도 있다.
최근까지 어부들의 어업 활동을 돕는 다양한 전자 장치들이 개발되어 왔다. 하지만, 이러한 전자 장치들은 가격이 비싸고, 배터리/에너지원의 잦은 교환이 요구된다는 단점이 있다. 때문에, 소규모 어업을 영위하는 어부들은 현실적으로 어업활동에 이러한 종류의 전기 장치들을 사용할 여유가 없다.
최근, 세계 곳곳의 여러 과학자들을 마찰전기의 나노 발전기(Triboelectric Nanogenerator, TENG)에 대한 연구를 진행하고 있다. 특히, 효율성과 내구성이 우수한 TENG의 개발과 이를 활용한 자가 동력 장치를 개발하기 위한 연구에 관심이 집중되고 있다. 마찰전기 나노 발전기는 블루 에너지(blue energy), 생체 역학 에너지, 풍력, 진동 에너지와 같은 다양한 종류의 에너지를 회수하는 효율적인 에너지 수확 기술이다.
최근 보고된 전자 발전기에 기반한 물결파 에너지 스캔빈저는 육중한 구리 코일, 자석 그리고 손잡이로 만들어졌다. 본 발명의 발명자들은 이러한 구성은 발전기를 크고, 무거우며 가격이 비싸지도록 한다고 판단했다. 반면에, TENG 장치는 상대적으로 저렴하고 휴대가 간편하며 무게도 무시할 수 있을 정도로 가볍게 장치가 구성될 수 있도록, 단순하고 가벼운 물질 그리고 이러한 물질을 지지하는 기질 재료로 만들어진다. 따라서, TENG과 전자 장치와의 효율적인 통합으로, 휴대 가능한 장치의 동력 문제는 해결될 수 있을 것이고, 그것은 또한 자가 동력 장치에 새로운 길을 열어줄 것이라는 점을 인식하고 본 발명을 완성했다.
전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 본 발명의 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.
본 발명의 목적은 마찰대전 발전모듈 및 상기 마찰대전 발전모듈과 전기적으로 연결되는 위치표시부표를 포함하는 스마트어망, 이를 포함하는 스마트어망 시스템, 및 이를 이용하여 어망 위치를 검색하는 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트어망은 마찰대전 발전모듈 및 상기 마찰대전 발전모듈과 전기적으로 연결되는 위치표시부표를 포함하는 어망을 포함하는 것으로, 상기 마찰대전 발전모듈은, 제1지지체 상에 제1전극과 마찰대전 활성층을 순차로 포함하는 제1발전층;과 상기 제1발전층과 마주하되 적어도 일부 면에 간극(gap)을 두고 위치하는 제2전극과 상기 제2전극 상에 위치하는 제2지지체를 포함하는 제2발전층;을 포함하는 발전유닛,을 포함하며, 파도의 움직임을 포함하는 외력에 의하여 상기 제1발전층과 제2발전층이 접촉과 분리를 반복하는 과정에서 발생하는 전하의 흐름을 이용하여 상기 외력으로부터 전기 에너지를 회수하는 것이고, 상기 위치표시부표는, i) 상기 마찰대전 발전모듈과 전기적으로 연결되어 상기 전하의 흐름을 전기 에너지로 저장하는 에너지저장모듈, ii) 상기 에너지저장모듈과 전기적으로 연결되며 상기 전기 에너지로 활성화되는 빛, 소리, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 표식을 포함하는 신호표시모듈, 및 iii) 외부로부터의 제어신호를 전달받아 상기 표식이 활성화 또는 불활성화 되도록 제어하는 표시제어모듈,을 iv) 부표 하우징 또는 상기 부표 하우징 내의 공간에 포함하여, 파도의 움직임으로부터 회수되어 저장된 전기 에너지를 활용하여 상기 표식을 활성화하는 방식으로 상기 어망의 위치를 표시 및/또는 검색한다.
상기 마찰대전 활성층과 상기 제2전극은 간극을 두고 서로 마주하는 것으로, 상기 외력에 의해 서로 접촉하고, 상기 외력이 제거되는 것에 의하여 다시 간극을 형성할 수 있다.
상기 마찰대전 발전모듈은 서로 전기적으로 직렬 또는 병렬로 연결되는 2 이상의 발전유닛을 포함할 수 있다.
상기 발전유닛 중 적어도 하나는 상기 마찰대전 활성층으로 PDMS (polydimethylsiloxane), FEP (Fluorinated Ethylene Propylene), PTFE (Polytetrafluoroethylene) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 에너지저장모듈은, 상기 마찰대전 발전모듈에서 발생하는 교류 신호를 직류 신호로 변환하는 정류회로, 커패시터, 이차전지 또는 이들 모두를 포함하여 상기 마찰대전 발전모듈에서 발생하는 전기 에너지를 저장하는 에너지저장회로, 그리고 전력관리회로를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 스마트어망 시스템은, 마찰대전 발전모듈 및 상기 마찰대전 발전모듈과 전기적으로 연결되는 위치표시부표를 포함하는 어망; 그리고 상기 어망과 이격 되며 무선 통신으로 상기 어망에 제어신호를 전달하는 스마트 기기를 포함하는 시스템이다.
상기 마찰대전 발전모듈은, 파도의 움직임을 포함하는 외력에 의하여 마찰대전 활성층을 포함하는 제1발전층과 제2발전층이 접촉과 분리를 반복하는 과정에서 발생하는 전하의 흐름을 이용하여 상기 외력으로부터 전기 에너지를 회수하는 것이다.
상기 위치표시부표는, i) 상기 마찰대전 발전모듈과 전기적으로 연결되어 상기 전하의 흐름을 전기 에너지로 저장하는 에너지저장모듈, ii) 상기 에너지저장모듈과 전기적으로 연결되며 상기 전기 에너지로 활성화되는 빛, 소리, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 표식을 포함하는 신호표시모듈, 및 iii) 상기 스마트기기로부터 제어신호를 전달받아 상기 표식이 활성화 또는 불활성화 되도록 제어하는 표시제어모듈,을 iv) 부표 하우징 또는 상기 부표 하우징 내의 공간에 포함하여, 파도의 움직임으로부터 회수되어 저장된 전기 에너지를 활용하여 상기 표식을 활성화하는 방식으로 상기 어망의 위치를 표시 및/또는 검색하는 것이다.
상기 스마트 기기는 무선 통신으로 제어신호를 전달하여 상기 표식의 전부 또는 일부를 활성화 또는 불활성화 하는 것이다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 스마트 어망을 이용한 어망 위치 검색 방법은, 위치표시부표에 포함된 표시제어모듈의 표식을 활성화하는 활성제어신호를 스마트기기로부터 상기 위치표시부표에 무선 통신으로 전달하는 신호전달단계; 그리고 상기 활성제어신호를 전달받은 상기 표시제어모듈이 신호표시모듈에 포함된 빛, 소리, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 표식의 전부 또는 일부를 에너지저장모듈에 저장된 전기 에너지를 이용하여 활성화하여 어망의 위치를 표시 및/또는 검색하는 표식활성화단계;를 포함한다.
상기 에너지저장모듈에 저장된 전기 에너지는, 파도의 움직임을 포함하는 외력에 의하여 마찰대전 활성층을 포함하는 제1발전층과 제2발전층이 접촉과 분리를 반복하는 과정에서 발생하는 전하의 흐름을 이용하여 상기 외력으로부터 회수된 전기 에너지를 포함한다.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
본 명세서 전체에서, “제1”, “제2” 또는 “a”, “b”와 같은 용어는 동일한 용어를 서로 구별하기 위하여 사용된다.
본 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 "이들의 조합"의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.
본 명세서 전체에서, "A 및/또는 B" 의 기재는, "A, B, 또는, A 및 B" 를 의미한다.
본 발명은 블루 에너지를 스마트 부표 마찰전기 나노발전기(Smart Buoy Triboelectric Nanogenerator, SB-TENG)를 사용하여 회수하여 활용하는 혁신적인 제품에 대한 것이다. 상기 SB-TENG의 일 예로, 파도의 움직임에 의해서 발생하는 PDMS 필름과 알루미늄 전극 사이의 상호작용에 의해서 생성되는 전하 흐름을 회수하도록 제작된 SB-TENG는 장기 안정성을 가진 훌륭한 에너지 수확 성능 그리고 멀티-유닛을 이용한 SB-TENG의 향상된 성능의 활용 가능성을 보여준다. 이를 활용하여, 본 발명의 발명자들은 마찰대전 발전모듈과 위치표시부표를 어망에 삽입한 스마트어망을 제시한다. 이 스마트어망은 파도의 에너지를 회수할 수 있고, 또한 자가동력으로 스마트어망의 위치표시부표를 스마트기기의 무선통신 기술을 활용해 원격으로 작동시킬 수 있다. SB-TENG 장치는 900V의 개방회로 전압 그리고 11μA의 단락 전류를 생성할 수 있다는 점을 실험적으로 확인했으며, SB-TENG의 멀티-유닛 형태로 성능을 더 향상시킬 수 있다. 또한, 이러한 스마트어망 시스템은 원격 스위칭 명령으로 즉시 작동 조절이 가능하며 SB-TENG이 회수한 에너지를 이용하여 안개, 비, 바람 그리고 밤과 같은 극한 상황 조건에서 어부들이 어망의 정확한 장소를 찾을 수 있도록 돕는다. 또한, 스마트 어망은 SB-TENG, 전력 관리 회로, 에너지 저장 회로, 아두이노 보드, 블루투스 모듈 그리고 LEDs 등을 포함할 수 있고, 예를 들어 부표의 작동은 블루투스 모듈을 통해 스마트폰 등으로 조정될 수 있다. 스마트어망 시스템은 어업 장소에서 어망을 찾고 어업 장소에 관해 동료에게 신호를 보낼 수 있어서, 사용자의 효율적인 어업 활동을 도울 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트어망은 파도의 움직임으로부터 회수되어 저장된 전기 에너지를 활용하여 상기 표식을 활성화하는 방식으로 상기 어망의 위치를 표시하는 것으로, 마찰대전 발전모듈 및 상기 마찰대전 발전모듈과 전기적으로 연결되는 위치표시부표를 포함하는 어망을 포함한다.
상기 마찰대전 발전모듈은, 제1지지체 상에 제1전극과 마찰대전 활성층을 순차로 포함하는 제1발전층;과 상기 제1발전층과 마주하되 적어도 일부 면에 간극(gap)을 두고 위치하는 제2전극과 상기 제2전극 상에 위치하는 제2지지체를 포함하는 제2발전층;을 포함하는 발전유닛,을 포함한다.
이러한 구조로, 상기 발전유닛은 파도의 움직임을 포함하는 외력에 의하여 상기 제1발전층과 제2발전층이 접촉과 분리를 반복하는 과정에서 발생하는 전하의 흐름을 이용하여 상기 외력으로부터 전기 에너지를 회수한다. 상기 전기 에너지는 아래에서 설명하는 에너지저장모듈에 전달되어 저장되고 이후 어망의 위치 표시, 검색 등에 활용된다.
상기 위치표시부표는, i) 상기 마찰대전 발전모듈과 전기적으로 연결되어 상기 전하의 흐름을 전기 에너지로 저장하는 에너지저장모듈, ii) 상기 에너지저장모듈과 전기적으로 연결되며 상기 전기 에너지로 활성화되는 빛, 소리, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 표식을 포함하는 신호표시모듈, 및 iii) 외부로부터의 제어신호를 전달받아 상기 표식이 활성화 또는 불활성화 되도록 제어하는 표시제어모듈,을 iv) 부표 하우징 또는 상기 부표 하우징 내의 공간에 포함한다.
상기 외부로부터의 제어신호는 무선 통신 기술을 이용하여 상기 스마트 어망과 연결된 스마트기기로부터 전달된 것일 수 있다.
상기 마찰대전 발전모듈을 어망과 직접 또는 간접적으로 서로 연결하는 부착모듈을 더 포함할 수 있으며, 상기 부착모듈은 상기 마찰대전 발전모듈을 상기 어망 또는 상기 위치표시부표와 직접 또는 간접적으로 연결할 수 있는 것이라면 제한 없이 적용이 가능하다.
상기 마찰대전 활성층과 상기 제2전극은 전극은 간극을 두고 서로 마주하는 것으로, 상기 외력에 의해 서로 접촉하고, 상기 외력이 제거되는 것에 의하여 다시 간극을 형성하는 것일 수 있다.
구체적으로, 상기 마찰대전 활성층과 상기 제2전극은 각각 제1발전층과 제2발전층에 포함된 것으로, 상기 제1발전층의 제1지지체과 상기 제2발전층의 제2지지체의 특성에 의하여 간극이 형성되는 것일 수 있고, 예를 들어 곡면을 갖는 PET 필름과 같은 재료를 서로 마주보도록 위치시키고 서로 맞닿는 적어도 하나의 면을 고정시켜 두 필름이 서로 마주보는 부분에 간극을 형성하도록 할 수 있으며, 필름 자체의 탄성을 이용하여 외력에 의해 간극이 소멸한 후에 다시 외력이 사라지면 간극을 형성하도록 할 수 있다.
더 구체적으로 상기 제1발전층과 제2발전층에 각각 포함되는 제1지지체와 제2지지체는 각각 대략 비슷한 크기의 삼각형 형상을 갖는 것일 수 있고, 마주보게 상기 제1발전층과 제2발층을 위치시킨 상태에서 서로 맞닿는 두 개의 면을 서로 고정시켜 전체적으로 고깔과 같은 형상을 갖는 것일 수 있다.
상기 마찰대전 발전모듈은 서로 전기적으로 연결되는 2 이상의 발전유닛을 포함할 수 있다. 상기 전기적인 연결은, 필요에 따라 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있으며, 유선 또는 무선을 통한 전기적 연결 방법이라면 적용될 수 있으며, 구체적으로 구리 선 등이 적용될 수 있다. 이러한 방법을 통해서 상기 마찰대전 발전모듈로부터 회수되는 전압 또는 전류의 크기를 조절할 수 있다.
상기 제1전극과 상기 제2전극은 각각 금(Au), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 크롬(Cr) 또는 니켈(Ni)을 함유하는 것일 수 있고, 구체적으로 알루미늄 박막이 적용될 수 있다.
상기 마찰대전 활성층은 접촉 대전(contact electrification)과 정전 유도(electrostatic induction)의 결합된 효과를 이용해 파도의 움직임을 전기에너지로 전환하는 재료가 적용될 수 있고, PDMS (polydimethylsiloxane), FEP (Fluorinated Ethylene Propylene), PTFE (Polytetrafluoroethylene)및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나가 적용될 수 있다. 상기 마찰대전 활성층은 구체적으로 PDMS (polydimethylsiloxane)을 포함하는 고분자가 적용될 수 있으며, 더 구체적으로 표면에 미세한 요철을 갖도록 처리된 것인 표면 조절된 PDMS 필름이 적용될 수 있다. 상기 표면 조절된 PDMS 필름은 후술하는 것처럼, 버려지는 페트리 접시와 같은 자원을 활용하여 제조할 수 있으며, 표면에 요철이 형성되어 넓은 표면적을 갖는 것이 적용되어 에너지 회수 효율을 더욱 높일 수 있다.
상기 발전 유닛은 구체적으로 0.8 내지 1.2 MΩ의 부하 저항과, 0.18 내지 0.28 mW의 최대 피크 전력, 그리고 14 내지 16 mW/m2의 출력 밀도를 갖는 것일 수 있어서, 상당히 우수한 전력 회수 효율을 갖는다.
상기 에너지저장모듈은, 상기 마찰대전 발전모듈에서 발생하는 교류 신호를 직류 신호로 변환하는 정류회로, 커패시터, 이차전지 또는 이들 모두를 포함하여 상기 마찰대전 발전모듈에서 발생하는 전기 에너지를 저장하는 에너지저장회로, 그리고 전력관리회로를 포함하는 것일 수 있다.
상기 신호표시모듈은, 발광 다이오드 모듈, 적외선 발광모듈, 레이저 발광 모듈, 초음파 신호 모듈, 및 소리신호 모듈 중에서 선택된 하나 이상을 포함하는 것일 수 있으며, 사용자가 이격 되어 있는 어망을 손쉽게 찾을 수 있도록 사용자가 위치나 방향을 쉽게 알 수 있는 신호를 표시하는 것일 수 있으며, 예를 들어, LED 조명, 레이저 조명, 적외선 조명, 소리 신호, 초음파 신호 등이 적용될 수 있다.
상기 표시제어모듈은 외부의 스마트기기와 무선 통신을 이용하여 연결된 것일 수 있으며, 예를 들어 블루투스로 연결되어 페어링되는 것일 수 있다. 상기 스마트기기는 예를 들어 무선연결을 위한 프로그램을 이용하여 상기 스마트 어망에 신호를 전달하고 제어하며, 부표의 위치를 검색할 수 있다.
이러한 스마트어망은, 상기 마찰대전 발전모듈을 이용하여 파도의 움직임을 포함하는 외력에 의해 전기 에너지를 얻고, 이 전기 에너지를 활용하여 외부의 제어 신호를 받아들이며, 부표의 위치를 검색할 수 있고, 표시 장치의 전원을 키고 끄는 등의 방법으로, 어망의 위치를 효과적으로 사용자에게 알려줄 수 있으며, 특히 마찰대전 발전모듈이 소위 블루에너지라고 불리우는 청정 에너지를 회수하여 추가적인 전기 에너지의 공급 없이 자가전력으로 상기 스마트어망의 작동과 유지가 가능하다는 장점이 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 스마트어망 시스템은, 마찰대전 발전모듈 및 상기 마찰대전 발전모듈과 전기적으로 연결되는 위치표시부표를 포함하는 어망; 그리고 상기 어망과 이격 되며 무선 통신으로 상기 어망에 제어신호를 전달하는 스마트 기기를 포함하는 시스템이다.
상기 마찰대전 발전모듈은, 파도의 움직임을 포함하는 외력에 의하여 마찰대전 활성층을 포함하는 제1발전층과 제2발전층이 접촉과 분리를 반복하는 과정에서 발생하는 전하의 흐름을 이용하여 상기 외력으로부터 전기 에너지를 회수하는 것이다.
상기 위치표시부표는, i) 상기 마찰대전 발전모듈과 전기적으로 연결되어 상기 전하의 흐름을 전기 에너지로 저장하는 에너지저장모듈, ii) 상기 에너지저장모듈과 전기적으로 연결되며 상기 전기 에너지로 활성화되는 빛, 소리, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 표식을 포함하는 신호표시모듈, 및 iii) 상기 스마트기기로부터 제어신호를 전달받아 상기 표식이 활성화 또는 불활성화 되도록 제어하는 표시제어모듈,을 iv) 부표 하우징 또는 상기 부표 하우징 내의 공간에 포함하여, 파도의 움직임으로부터 회수되어 저장된 전기 에너지를 활용하여 상기 표식을 활성화하는 방식으로 상기 어망의 위치를 표시 및/또는 검색하는 것이다.
상기 스마트 기기는 무선 통신으로 제어신호를 전달하여 상기 표식의 전부 또는 일부를 활성화 또는 불활성화할 수 있어서, 사용자가 용이하게 상기 어망의 위치를 확인할 수 있도록 한다.
또한, 상기 스마트 기기는 무선 통신으로 신호를 전달하여 상기 표식의 위치를 검색할 수 있다.
상기 스마트 기기로는 예를 들어 노트북, 스마트폰, 스마트워치, 스마트안경 등 스마트기기가 적용될 수 있다.
상기 스마트어망에 대한 설명은 위에서 한 설명과 중복되므로 그 기재를 생략한다.
본 발명이 또 다른 일 실시예에 따른 스마트 어망을 이용한 어망 위치 검색 방법은, 위치표시부표에 포함된 표시제어모듈의 표식을 활성화하는 활성제어신호를 스마트기기로부터 상기 위치표시부표에 무선 통신으로 전달하는 신호전달단계; 그리고 상기 활성제어신호를 전달받은 상기 표시제어모듈이 신호표시모듈에 포함된 빛, 소리, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 표식의 전부 또는 일부를 에너지저장모듈에 저장된 전기 에너지를 이용하여 활성화하여 어망의 위치를 표시 및/또는 검색하는 표식활성화단계;를 포함한다.
상기 에너지저장모듈에 저장된 전기 에너지는, 파도의 움직임을 포함하는 외력에 의하여 마찰대전 활성층을 포함하는 제1발전층과 제2발전층이 접촉과 분리를 반복하는 과정에서 발생하는 전하의 흐름을 이용하여 상기 외력으로부터 회수된 전기 에너지를 포함하며, 구체적으로 상기 전기 에너지를 이용하여 자가전력으로 상기 스마트 어망이 구동되는 것일 수 있다.
본 발명의 발명자들은, 마찰 전기 나노 발전기를 사용하여 블루 에너지를 수확하기 위해 혁신적인 접근법 중 하나로써 본 발명을 제시한다. 부표는 에너지를 회수하는 장치로써 역할을 하고, 동시에 자가 동력 스마트 어망 추적 부표로써 작동한다. SB-TENG은 실험적으로 효율적인 에너지 수확 거동, 장기 작동을 위한 우수한 안정성, 그리고 훌륭한 전하 축적능을 보여주었다. 멀티-유닛 TENG 장치로의 응용은 SB-TENG의 잠재력을 더욱 향상시켰다. 에너지 수확 기술을 아두이노 조절장치 그리고 블루투스 조정장치와 연결하여, 간단한 마찰전기 나노 발전기를 활용하여 어부가 그들의 어망을 쉽게 찾는 것을 도울 수 있는 기술 혁신의 장치로 변모되었다. 궁극적으로, 이러한 본 발명자들의 발명은 직접적으로 어부의 어업 활동에 유리한 영향을 주며, 국가의 경제 성장을 야기하는 어업양의 증가를 돕는 역할을 할 것이다.
본 발명의 마찰대전 발전모듈 및 상기 마찰대전 발전모듈과 전기적으로 연결되는 위치표시부표를 포함하는 스마트어망, 이를 포함하는 스마트어망 시스템, 및 이를 이용하여 어망 위치를 검색하는 방법은 위치표시부표를 스마트 기기로 제어하여 어망의 위치를 쉽게 확인할 수 있으며, 마찰대전 발전모듈을 활용하여 블루 에너지로부터 상기 스마트어망과 이에 포함되는 표시장치들을 구동하는 전력 에너지를 얻어, 자가 전력 구동 기능을 갖는 스마트 어망을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수신 보트에 있는 사용자가 자가 동력 스마트 어망 추적 부표를 제어하는 모습을 설명하는 계통도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에서 제조한 SB-TENG를 설명하는 그림으로, (a)와 (b)는 SB-TENG의 개념도, (c)는 SB-TENG의 사진을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에서 제조한 SB-TENG의 전기적 성능을 평가한 결과를 보여주는 그래프들로, 각기 다른 외부 움직임에서 (a) 전압, (b) 개회로 전압, (c) 단락 전류를 보여주는 그래프, 그리고 (d) SB-TENG의 사이클 안정성 시험 결과를 보여주는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예인 SB-TENG의 수직 방향의 접촉, 분리 동작 과정의 메커니즘을 설명하는 개념도로, (a) 알루미늄 전극과 PDMS 필름의 하부층과 상부 알루미늄 전극이 접촉한 상태로 있는 초기 위치에서, (b) 외력이 제거되면서 SB-TENG의 상부 전극이 분리되고, 외부 회로를 통해 상부 전극에서 하부 전극으로의 전하의 흐름이 발생하며, (c) 분리된 상태로 평형 상태에 이르고, (d) 상부 전극이 하부 전극에 다시 근접하는 동안 하부 전극에서 상부 전극으로 전하의 흐름이 발생 하는 과정을 보여주며, 삽입된 그래프는 단일 주기 작동 시 전압 그래프를 보여준다.
도 5는 본 발명의 일 실시예를 활용한 실험 결과를 보여주는 것으로, (a) 다양한 외부 동작에서 SB-TENG에 의한 축적 유도 전하를 보여주는 그래프, (b) 출력 전압(검정), 순간 피크 전력(빨강) 및 외부 부하 저항에서 출력 밀도(파랑) 사이의 관계를 보여주는 그래프, (c) 멀티-유닛 SB-TENG의 단락 회로 전류의 프로필, 그리고 (d) 병렬 연결된 멀티-유닛 SB-TENG의 출력 전압 그리고 출력 전류를 보여주는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 자가 동력 스마트 부표 TENG를 설명하는 것으로, (a) 자가 동력 스마트 부표 TENG의 전체 시스템도, (b) 조립된 스마트 부표의 사진, (c) 안드로이드 폰에서 프로그래밍 스크린(뒷부분)과 (d) 조정 패널(앞부분), (e 내지 h)은 스마트 폰을 사용하여 스마트 부표에 각각 빨강, 노랑, 파랑과 같은 다양한 LED의 실시간 무선 작동 모습과 부착된 모든 LED을 작동시킨 모습이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에서 멀티 유닛 SB-TENG의 4개의 유닛이 병렬로 연결된 것을 설명하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 자가 동력 스마트 부표 TENG가 스마트폰 어플과 연동하는 과정을 보여주는 것으로, (a) 스캔 버튼을 누르고, (b) 스마트 부표 블루투스 모듈을 선택한 후, (c) 장치 작동을 준비하는 과정을 보여준다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에서 제조한 SB-TENG를 설명하는 그림으로, (a)와 (b)는 SB-TENG의 개념도, (c)는 SB-TENG의 사진을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에서 제조한 SB-TENG의 전기적 성능을 평가한 결과를 보여주는 그래프들로, 각기 다른 외부 움직임에서 (a) 전압, (b) 개회로 전압, (c) 단락 전류를 보여주는 그래프, 그리고 (d) SB-TENG의 사이클 안정성 시험 결과를 보여주는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예인 SB-TENG의 수직 방향의 접촉, 분리 동작 과정의 메커니즘을 설명하는 개념도로, (a) 알루미늄 전극과 PDMS 필름의 하부층과 상부 알루미늄 전극이 접촉한 상태로 있는 초기 위치에서, (b) 외력이 제거되면서 SB-TENG의 상부 전극이 분리되고, 외부 회로를 통해 상부 전극에서 하부 전극으로의 전하의 흐름이 발생하며, (c) 분리된 상태로 평형 상태에 이르고, (d) 상부 전극이 하부 전극에 다시 근접하는 동안 하부 전극에서 상부 전극으로 전하의 흐름이 발생 하는 과정을 보여주며, 삽입된 그래프는 단일 주기 작동 시 전압 그래프를 보여준다.
도 5는 본 발명의 일 실시예를 활용한 실험 결과를 보여주는 것으로, (a) 다양한 외부 동작에서 SB-TENG에 의한 축적 유도 전하를 보여주는 그래프, (b) 출력 전압(검정), 순간 피크 전력(빨강) 및 외부 부하 저항에서 출력 밀도(파랑) 사이의 관계를 보여주는 그래프, (c) 멀티-유닛 SB-TENG의 단락 회로 전류의 프로필, 그리고 (d) 병렬 연결된 멀티-유닛 SB-TENG의 출력 전압 그리고 출력 전류를 보여주는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 자가 동력 스마트 부표 TENG를 설명하는 것으로, (a) 자가 동력 스마트 부표 TENG의 전체 시스템도, (b) 조립된 스마트 부표의 사진, (c) 안드로이드 폰에서 프로그래밍 스크린(뒷부분)과 (d) 조정 패널(앞부분), (e 내지 h)은 스마트 폰을 사용하여 스마트 부표에 각각 빨강, 노랑, 파랑과 같은 다양한 LED의 실시간 무선 작동 모습과 부착된 모든 LED을 작동시킨 모습이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에서 멀티 유닛 SB-TENG의 4개의 유닛이 병렬로 연결된 것을 설명하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 자가 동력 스마트 부표 TENG가 스마트폰 어플과 연동하는 과정을 보여주는 것으로, (a) 스캔 버튼을 누르고, (b) 스마트 부표 블루투스 모듈을 선택한 후, (c) 장치 작동을 준비하는 과정을 보여준다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
<실험 방법>
페트리 접시의 표면 처리: 실험실에서 사용 후에 버려지는 ABS 중합체 페트리 접시를 재활용을 위해 탈염수와 에탄올로 세척하고, 50 ℃의 오븐에서 30분 동안 말렸다. 세척된 페트리 접시는 아세톤이 든 비커를 이용해 120초 동안 침지 처리를 진행했고, 이후 탈염수와 에탄올에 세척했다. 이렇게 처리된 페트리 접시는 잔류하는 과다 수분을 제거하기 위해, 60 ℃의 오븐 내에서 한 시간 동안 건조되었다.
PDMS 필름 제작: 가교제와 PDMS 모노머(10:1의 중량비, Dow Corning USA)를 섞어 15분 동안 혼합하여 혼합용액을 제조했다. 이 혼합용액은 위에서 표면 처리된 페트리 접시에 20초 동안 700rpm으로 스핀 코팅되었다. 상기 코팅층의 큐어링일 위해, 페트리 접시는 70 ℃의 오븐 내에서 40분 동안 열처리 되었다.
SB - TENG 제작: PDMS 필름을 정삼각형(6 cm)의 작은 조각 모양으로 절단하고, 같은 모양과 면적의 알루미늄 전극에 부착하여 제1층을 제조하였다. 이 제1층을 삼각형 형태의 PET 시트에 부착하고, 별도의 알루미늄 층은 전극으로 작용하는 또 다른 삼각형 형태의 PET에 부착하여 제2층을 제조하였다. 제1층이 형성된 PET 시트(제1시트)와 제2층이 부착된 PET 시트(제2시트)는 서로 제1층과 제2층이 마주보도록 위치한 후 2개의 모서리가 서로 부착되도록 하여 접힌 꼬깔 형태를 갖도록 제조하였다. 이후, 얇은 구리선을 사용하여 외부 전기 연결 구조를 형성했다.
전기적 특성 측정: 외부 움직임에 관한 SB-TENG의 전기 반응을 확인하기 위해, 컴퓨터로 제어된 선형 모터(LinMot, Inc.)를 적용하였다. SB-TENG의 출력 전압과 출력 전류를 측정에는 전기계(Keithley 6514)가 사용되었다. 측정 전에, SB-TENG의 습기를 제거하기 위해 70 ℃의 오븐 내에 40분 동안 보관하는 처리를 하였다. 전기 측정은 패러데이 케이지 내에서 진행되었다.
<실험 결과>
본 발명의 자가 동력 스마트 부표는 어부를 돕기 위해 개발되었으며, 리모트 스위칭 시스템과 결합되어 어망을 추적하는 기능을 한다. 구체적으로, 어업 영역에 보트가 접근했을 때 발광 다이오드(LED)를 작동시킬 수 있으며 이러한 새로운 아이디어는 SB-TENG 그리고 어망에 부착된 블루투스 통신 시스템의 통합에 의해 가능하다. 즉, 자가 동력의 활용으로써 블루 에너지를 스캐빈지 하여 적용한다.
도 1은 어망에 있는 스마트 부표(도식 삽화)와 보트에 위치하는 스마트 폰이 상호 통신하는 것을 보여준다. 이 때, SB-TENG은 어망에 고정되어 있으며 수면에 부유한다. 파도의 움직임에 따라 부표는 움직이며, SB-TENG에 움직임을 유도한다. 이 과정에서, 접촉 대전(contact electrification)과 정전 유도(electrostatic induction)의 결합된 효과를 활용함으로써 파동 에너지를 전기에너지로 전환시킨다.
도 2의 (a)는 알루미늄 전극(아래층) 그리고 알루미늄 전극(맨 위층)이 부착된 표면 조절된 PDMS 필름을 사용하여 제작된, SB-TENG의 구조를 보여주는 개념도이다. PDMS 필름과 알루미늄 전극들은 정삼각형의 모양으로 디자인되고 제작되었으며, TENG 장치는 도 2의 (b)에 보여지듯 원뿔 모양 구조로 패키징 되었다. 이 때, PDMS 필름은 활성층으로 작용하며, 알루미늄은 전극 또는 다른 마찰 전기층으로, 그리고 PET 시트는 지지 층으로 작용한다. 도 2의 (c)는 완전히 제작된 SB-TENG의 모습을 보여주는 사진이다.
SB-TENG의 전기적 성능을 조사하기 위해, 외부 동작을 생성하는 컴퓨터 제어 선형 모터를 사용했다. 이 모터는 상부 전극(제2층)와 하부 전극(제1층) 사이의 접촉과 분리의 조건을 유도한다. 도 3는 SB-TENG의 전기 반응을 보여주는 그래프들로; (a)는 5 m/s의 외부 부하에 대해 출력 전압이 약 900 V이라는 점을 보여주고, 도 3의 (b)와 (c)는 SB-TENG의 출력 전압과 정류 단락 회로 전류 값을 보여주는 것으로, 5 m/s의 외부 부하에 대해 출력 전압은 약 900 V, 단락 전류는 약 10.5 μA로 나타났다. 외부 부하가 증가(1 m/s에서 5 m/s로)하면 SB-TENG로부터 단락 전류가 증가하는 것으로 나타났으며, 외부 부하에 따라 높은 전하 생성이 가능하다는 점을 확인했다. 제품의 상업화 전 단계에서 SB-TENG의 안정성을 시험하는 것은 필수적이다; 따라서, 본 발명의 발명자들은 6000초 동안의 사이클 테스트를 수행하였고, 도 3의 (d)에 그 결과를 나타냈다. 이를 참고하면, SB-TENG는 출력 전압에서 무시해도 될 정도의 변동과 함께 안정성이 우수하다는 점을 확인할 수 있었다. 삽입된 그래프는 안전성 시험의 마지막 단계에서 전압 프로필의 확대된 그림이다.
SB-TENG의 작동 메커니즘은 도 4의 개념도로 설명될 수 있으며, PDMS 필름과 알루미늄 전극 사이에 정전 유도와 접촉 전하의 상호 작용과 관련된다. 최초, 상부 알루미늄 전극은 도 4의 (a)에 보여지듯 PDMS 필름에 접촉된다. 외부 기계적인 힘이 제거되면, 상부 전극층이 하부 층과 분리되기 시작하고, 알루미늄 전극층들 사이에 전위차가 발생한다. 이러한 과정은 도 4의 (b)에 보여진 외부에 연결된 회로를 통해 상부 전극에서 하부 전극으로 전하의 흐름을 유도하고, 도 4의 (c)에서 보여지듯 평행 상태에 도달한다. 이러한 과정은 교류 신호의 첫 반 주기와 연관되며, 도 4의 (d)에 보여지듯 상부 전극층이 PDMS 필름에 접근하는 반대의 전하 흐름이 유도되어 네거티브 반 주기 신호가 얻어진다. 도 4에 삽입된 그래프는 단일 주기 작동의 전압 프로필을 보여준다.
다양한 외부 동작으로 SB-TENG가 생성하는 축적 유도 전하를 관찰하기 위해, SB-TENG의 전기 출력을 관찰했다. 도 5의 (a)는 전하 축적의 비율을 보여주며, 적용된 외부 부하에 비례하는 것으로 나타났다. 즉, 외부 동작의 증가는 접촉과 분리의 움직임을 증가시키고, 마찰 전기 전하 생성에 유도하고 높은 전하 축적을 가져오도록 한다. 에너지 수확 장치를 외부 회로와 통합하기 전에, SB-TENG의 최적 부하 저항을 찾는 것이 중요하다. 이에, 외부 부하 저항, 순한 피크 전력, 및 출력 밀도를 밝히기 위해 외부 부하 저항 연구를 수행했다. 도 5의 (b)는 부하 저항 1 MΩ에서 0.22 mW의 최대 피크 전력, 및 14.8 mW/m2의 출력 밀도가 얻어진다는 것을 보여준다.
SB-TENG의 주된 목적 중 하나는 해일(또는 파도)에서 최대한의 에너지를 회수하는 것이다. 따라서, 본 발명의 발명자들은 멀티-유닛 SB-TENG을 디자인하고 제작했다. 도 5의 (c)는 멀티-유닛 SB-TENG의 단락 회로 전류 프로필을 보여준다. 단락 회로 전류의 진폭은 유닛의 수에 따라 점진적으로 증가했다. 도 5의 (d)는 전압이 일정하고 전류는 40 μA까지 측정된, 출력 전압과 단락 전류 측정 결과를 보여준다. SB-TENG의 에너지 회수 효율을 향상시키기 위해, 4개의 유닛은 병렬로 연결되었다(도 7의 회로도 참조). SB-TENG은 높은 전압과 낮은 전류를 전달할 수 있으며, 이는 장치에 고 임피던스를 초래한다. 그리고 이는 직접적인 전력원으로 SB-TENG을 응용하는 것에 영향을 미친다. 이러한 조건에서, 자가 동력 장치를 구성하기 위해 전력 관리 회로를 SB-TENG와 통합시키는 것이 필수적라 판단했다. 이에, 본 발명의 발명자들은 전력 관리 회로를 제작했고 SB-TENG에 연결했다.
어부들이 겪는 애로점을 해결하기 위해, 본 발명의 발명자들은 자가 동력 스마트 어망 추적 부표를 제작 개발하였다. 어부들은 대개 밤 시간에 작업을 진행하고 어망을 펼쳐 놓고 장시간에 걸쳐 기다린다. 몇 시간이 흐르고 파도 때문에 어망이 움직인 후에, 스마트 부표에 LED를 작동시키는 등의 방법으로 어망에 부착된 스마트 부표를 사용함으로써 어망을 회수하는 것을 용이하게 할 수 있다.
도 6의 (a)는 SB-TENG, 전력 관리 회로, 에너지 저장 회로, 아두이노 보드, 블루투스 모듈 그리고 LED들을 포함하는 자가 동력 스마트 어망 추적 부표의 구성도를 보여준다. 이 때, 전력 관리 회로와 에너지 저장 회로는 전체 시스템을 작동시키는데 중요한 역할을 한다. 저장된 전력 에너지는 아두이노 보드와 이에 부착된 다른 통신 모듈을 작동시키기 위해 사용되었다. 도 6의 (b)는 완전히 패킹된 자가 동력 스마트 어망 추적 부표의 디지털 사진을 보여주며, 전력 시스템 그리고 데이터 수신과 LED를 위한 블루투스 모듈로 구성되어 있다. 스마트 부표는 파도에 의해 자연스럽게 떠다니기 때문에, 이로부터 회수된 에너지(조력 에너지)는 아두이노와 통신 모듈을 작동시킨다. 스마트 부표의 작동은 블루투스 모듈을 통해 연결된 스마트 폰을 이용해 조정되었다. 따라서, Bluetooth controller라고 불리는 안드로이드 app이 실험에 사용되었다. 도 6의 (c)와 (d)는 안드로이드 앱을 보여준다. SB-TENG의 블루투스 조정장치를 스마트 폰의 블루투스 조정장치와 짝을 지으면, LED를 작동하는 것은 용이하게 되며, 어망을 찾는 데 편리하다. 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 자가 동력 스마트 부표 TENG를 스마트폰의 어플과 연결하는 과정을 보여준다. 도 6의 (e) 내지 (h)는 빨강, 노랑, 파랑과 같은 다양한 LED의 실시간 무선 작동을 보여준다. 또한, 스마트 폰을 사용하여 스마트 부표에 부착된 모든 LED을 동시에 작동시키는 모습을 보여준다.
이러한 동작으로, 본 발명의 자가 동력 스마트 어망 추적 부표는 어부들이 자신들의 어망을 추적하는 것을 돕기 위한 자가 동력 시스템으로 역할을 할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
Claims (6)
- 마찰대전 발전모듈 및 상기 마찰대전 발전모듈과 전기적으로 연결되는 위치표시부표를 포함하는 어망을 포함하는 것으로,
상기 마찰대전 발전모듈은, 제1지지체 상에 제1전극과 마찰대전 활성층을 순차로 포함하는 제1발전층;과 상기 제1발전층과 마주하되 적어도 일부 면에 간극(gap)을 두고 위치하는 제2전극과 상기 제2전극 상에 위치하는 제2지지체를 포함하는 제2발전층;을 포함하는 발전유닛,을 포함하며, 파도의 움직임을 포함하는 외력에 의하여 상기 제1발전층과 제2발전층이 접촉과 분리를 반복하는 과정에서 발생하는 전하의 흐름을 이용하여 상기 외력으로부터 전기 에너지를 회수하는 것이고,
상기 위치표시부표는, i) 상기 마찰대전 발전모듈과 전기적으로 연결되어 상기 전하의 흐름을 전기 에너지로 저장하는 에너지저장모듈, ii) 상기 에너지저장모듈과 전기적으로 연결되며 상기 전기 에너지로 활성화되는 빛, 소리, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 표식을 포함하는 신호표시모듈, 및 iii) 외부로부터의 제어신호를 전달받아 상기 표식이 활성화 또는 불활성화 되도록 제어하는 표시제어모듈,을 iv) 부표 하우징 또는 상기 부표 하우징 내의 공간에 포함하여, 파도의 움직임으로부터 회수되어 저장된 전기 에너지를 활용하여 상기 표식을 활성화하는 방식으로 상기 어망의 위치를 표시 또는 검색하는, 스마트어망. - 제1항에 있어서,
상기 마찰대전 활성층과 상기 제2전극은 간극을 두고 서로 마주하는 것으로, 상기 외력에 의해 서로 접촉하고, 상기 외력이 제거되는 것에 의하여 다시 간극을 형성하는 것인, 스마트어망. - 제1항에 있어서,
상기 마찰대전 발전모듈은 서로 전기적으로 연결되는 2 이상의 발전유닛을 포함하며,
상기 발전유닛 중 적어도 하나는 상기 마찰대전 활성층으로 PDMS (polydimethylsiloxane), FEP (Fluorinated Ethylene Propylene), PTFE (Polytetrafluoroethylene) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함하는 것인, 스마트어망. - 제1항에 있어서,
상기 에너지저장모듈은, 상기 마찰대전 발전모듈에서 발생하는 교류 신호를 직류 신호로 변환하는 정류회로, 커패시터, 이차전지 또는 이들 모두를 포함하여 상기 마찰대전 발전모듈에서 발생하는 전기 에너지를 저장하는 에너지저장회로, 그리고 전력관리회로를 포함하는 것인, 스마트어망. - 마찰대전 발전모듈 및 상기 마찰대전 발전모듈과 전기적으로 연결되는 위치표시부표를 포함하는 어망; 그리고 상기 어망과 이격되며 무선 통신으로 상기 어망에 제어신호를 전달하는 스마트 기기를 포함하는 시스템으로,
상기 마찰대전 발전모듈은, 파도의 움직임을 포함하는 외력에 의하여 마찰대전 활성층을 포함하는 제1발전층과 제2발전층이 접촉과 분리를 반복하는 과정에서 발생하는 전하의 흐름을 이용하여 상기 외력으로부터 전기 에너지를 회수하는 것이고,
상기 위치표시부표는, i) 상기 마찰대전 발전모듈과 전기적으로 연결되어 상기 전하의 흐름을 전기 에너지로 저장하는 에너지저장모듈, ii) 상기 에너지저장모듈과 전기적으로 연결되며 상기 전기 에너지로 활성화되는 빛, 소리, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 표식을 포함하는 신호표시모듈, 및 iii) 상기 스마트기기로부터 제어신호를 전달받아 상기 표식이 활성화 또는 불활성화 되도록 제어하는 표시제어모듈,을 iv) 부표 하우징 또는 상기 부표 하우징 내의 공간에 포함하여, 파도의 움직임으로부터 회수되어 저장된 전기 에너지를 활용하여 상기 표식을 활성화하는 방식으로 상기 어망의 위치를 표시 또는 검색하는 것이며,
상기 스마트 기기는 무선 통신으로 제어신호를 전달하여 상기 표식의 전부 또는 일부를 활성화 또는 불활성화 하는 것인, 스마트어망 시스템. - 위치표시부표에 포함된 표시제어모듈의 표식을 활성화하는 활성제어신호를 스마트기기로부터 상기 위치표시부표에 무선 통신으로 전달하는 신호전달단계; 그리고
상기 활성제어신호를 전달받은 상기 표시제어모듈이 신호표시모듈에 포함된 빛, 소리, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 표식의 전부 또는 일부를 에너지저장모듈에 저장된 전기 에너지를 이용하여 활성화하여 어망의 위치를 표시 또는 검색하는 표식활성화단계;를 포함하고,
상기 에너지저장모듈에 저장된 전기 에너지는, 파도의 움직임을 포함하는 외력에 의하여 마찰대전 활성층을 포함하는 제1발전층과 제2발전층이 접촉과 분리를 반복하는 과정에서 발생하는 전하의 흐름을 이용하여 상기 외력으로부터 회수된 전기 에너지를 포함하는 것인, 스마트 어망을 이용한 어망 위치 검색 방법.
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| KR1020180042960A KR102151026B1 (ko) | 2018-04-12 | 2018-04-12 | 스마트 어망 시스템 및 이를 이용하여 어망 위치를 검색하는 방법 |
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102180109B1 (ko) * | 2019-12-17 | 2020-11-17 | 제주대학교 산학협력단 | 블럭형 자가발전 어구 표시 부이 |
| WO2021107884A1 (en) * | 2019-11-28 | 2021-06-03 | National University Of Singapore | Pressure sensor and a method of sensing pressure |
| US11958571B2 (en) | 2020-11-25 | 2024-04-16 | Gwangju Institute Of Science And Technology | Maritime wireless communication system and method thereof |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20060020187A (ko) * | 2004-08-31 | 2006-03-06 | 뉴마린엔지니어링(주) | 유도등부표 |
| KR20120074732A (ko) | 2010-12-28 | 2012-07-06 | 이상훈 | 자가발전식 부표 |
| KR20130099329A (ko) | 2012-02-29 | 2013-09-06 | (주)유일 | 어망 관리 시스템 |
| KR20170098572A (ko) * | 2016-02-22 | 2017-08-30 | (주)넥스트팩토리 | 해상에 포설된 어구 모니터링 시스템, ｉｏｔ 부표, ｉｏｔ 마스터 부표, ｉｏｔ 게이트웨이 부표 |
-
2018
- 2018-04-12 KR KR1020180042960A patent/KR102151026B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20060020187A (ko) * | 2004-08-31 | 2006-03-06 | 뉴마린엔지니어링(주) | 유도등부표 |
| KR20120074732A (ko) | 2010-12-28 | 2012-07-06 | 이상훈 | 자가발전식 부표 |
| KR20130099329A (ko) | 2012-02-29 | 2013-09-06 | (주)유일 | 어망 관리 시스템 |
| KR20170098572A (ko) * | 2016-02-22 | 2017-08-30 | (주)넥스트팩토리 | 해상에 포설된 어구 모니터링 시스템, ｉｏｔ 부표, ｉｏｔ 마스터 부표, ｉｏｔ 게이트웨이 부표 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| "A hybrid electromagnetic and leaf-shaped polytetrafluoroethylene triboelectric with an arcshaped brace structure for energy harvesting",Run Huang, RSC adv. 2017 (2017.10.25. 공개) * |
| "이중 LED 등명기의 휴대용 모니터링 시스템", 예성현· 한순희, 한국정보통신학회논문지 (2014.08.31. 공개) * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021107884A1 (en) * | 2019-11-28 | 2021-06-03 | National University Of Singapore | Pressure sensor and a method of sensing pressure |
| KR102180109B1 (ko) * | 2019-12-17 | 2020-11-17 | 제주대학교 산학협력단 | 블럭형 자가발전 어구 표시 부이 |
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| Publication number | Publication date |
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