한양대 이병훈 교수팀, 전파 막히는 ‘땅속’에서도 IoT 기기 배터리 없이 구동

▲한양대 이병훈 교수팀이 개발한 '지중 무선 전력·데이터 전송 시스템' 개념도 (자료=한양대)

한양대학교 전기생체공학부 바이오메디컬공학과 이병훈 교수 연구팀이 전파 투과가 어려운 지중(地中) 환경에서도 다수의 IoT(사물인터넷) 기기를 배터리 교체 없이 반영구적으로 운용할 수 있는 무선 전력 및 데이터 전송 시스템을 개발했다고 밝혔다.

기존 스마트농업과 지중 시설물 관리 현장에서는 흙이나 콘크리트가 무선 신호(RF)를 차단해 센서 운용에 제약이 컸다. 배터리 교체를 위해 반복적으로 굴착을 하거나 유선망을 구축해야 해 유지보수 비용이 상용화의 가장 큰 걸림돌로 지적돼 왔다.

연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 자기 유도(Magnetic Induction) 도미노 구조를 도입했다. 코일을 일정 간격으로 배열해 전파 음영 지역에서도 전력과 데이터를 징검다리처럼 연속 전달하는 방식이다. 이를 통해 전파가 닿지 않는 지중에서도 안정적인 통신과 전력 공급이 가능해졌다.

특히 연구팀은 세계 최초로 '부하–공진기 교차 배치(LRI: Load-Resonator Interleaved)' 기술을 고안했다. 기존 방식은 여러 기기에 전력을 공급하면서 동시에 데이터를 수신할 경우 신호 간섭으로 통신이 끊기는 문제가 있었지만, 이번 기술은 전력 경로와 데이터 경로를 독립적으로 제어해 간섭을 근본적으로 차단했다. 실제 토양 환경 실증 실험에서는 77cm 거리까지 다수의 센서가 안정적으로 작동함을 확인했다.

이번 기술은 지상에서 무선으로 전력을 공급하면 땅속 센서들이 반영구적으로 작동하며 실시간 데이터를 전송할 수 있어, 넓은 농장과 지중 전력구·관로 감시 등에서 유지보수 프리(Free) 인프라 구축을 가능케 한다는 점에서 파급효과가 크다. 아울러 전파 투과가 어렵고 배터리 교체가 까다로운 체내 이식형 의료기기, 뇌과학 연구 등 바이오메디컬 분야로의 확장 가능성도 높다.

이병훈 교수(사진)는 “시스템 구조를 단순화하면서도 전력 공급과 데이터 통신을 동시에 해결했다는 점에서 학술적·산업적 의의가 크다"며 “스마트팜을 넘어 수중 생태 모니터링, 체내 이식형 기기의 무선 충전 등 사람의 손길이 닿기 힘든 극한 환경 전반에 적용 가능한 원천 기술이 될 것"이라고 강조했다.

본 연구는 한국산업기술진흥원의 산업기술혁신사업(저전력 센서·자립형 전원 플랫폼), 과학기술정보통신부 인공지능반도체 고급인재양성사업, 뇌과학 선도융합기술개발사업의 지원으로 수행됐다.

연구 성과를 담은 논문 「Load-Utilized Constant Voltage Wireless Power and Data Transfer System for Multiple IoT Devices in RF-Challenging Environments」는 스마트팜과 지중 전력구 감시 등 극한 환경 통신 난제 해결의 핵심 기술로 인정받아, 산업 정보학 분야 세계적 권위지 IEEE Transactions on Industrial Informatics에 2025년 12월 온라인 게재됐다.

한양대 연구팀의 이번 성과는 지중 IoT의 상용화 장벽을 허물며, 스마트 농업과 지중 인프라 관리의 새로운 표준을 제시할 것으로 기대된다.

송기우 기자 kwsong@ekn.kr