김상혁 부교수

기존 무선 충전 방식은 송수신 코일 간 거리가 늘어나거나 주변 환경이 변화하면 전송 효율이 급격히 저하되는 한계를 가지고 있어, 이를 극복하기 위한 연구를 수행하고 있습니다. 홀짝-시간 대칭성(Parity-Time Symmetry) 원리를 적용하여 다중 송신 코일의 위상을 정밀하게 조절하고, 가변 축전기를 통해 동적으로 변화하는 환경에서도 안정적인 전력 전송이 가능한 시스템을 개발했습니다. 이 기술은 스마트 기기의 이동 중 무선 충전과 체내 삽입형 의료기기에 대한 전력 공급에 적용되고 있습니다. 서울대학교 김대형 교수팀과 공동 연구를 진행하고 있으며, 현대자동차그룹, 정보통신기획평가원(IITP), 한화시스템, 국방과학연구소 등과 민·관·군 협력 체계를 구축하여 연구를 확장하고 있습니다. 시제품 제작을 통해 180W 출력, 20mm 거리에서 90%의 시스템 효율을 달성했으며, 뇌종양 약물 전달용 무선 장치 연구는 Nature Communications에, 움직이는 환경에서의 고효율 무선 충전 연구는 Science Advances에 게재되었습니다. 관련 국내외 특허를 보유하고 있으며, 실험실 수준의 시제품 제작과 성능 검증을 완료해 TRL 4-5 단계에 도달했고, Nature Electronics 게재가 2026년 4월 승인되었습니다.

체내에 삽입되는 의료기기는 배터리 교체나 유선 전력 공급이 어렵기 때문에, 생체 적합성과 안정성을 동시에 만족시키는 전력 공급 방식이 필요합니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 무선 전력 전송 기술을 기반으로 생체 이식형 장치에 전력과 데이터를 동시에 전달할 수 있는 시스템을 연구하고 있습니다. 이 시스템은 무선 충전 기술 분야에서 확립된 전력 전송 원리를 생체 적합 조건에 맞게 재설계하여 구현되었습니다. 체내 조직을 투과하여 안정적으로 에너지를 전달하는 동시에 장치의 상태 데이터를 외부로 송수신할 수 있도록 설계되었으며, 이를 통해 별도의 배터리 교체 수술 없이 장기간 장치를 운용할 수 있는 기반을 마련했습니다. 이 기술은 체내 삽입형 의료기기 전반과 뇌종양 부위에 약물을 전달하는 무선 장치에 적용되고 있습니다. 서울대학교 김대형 교수팀과의 공동 연구를 통해 생체재료 및 임상 적용 관점에서 시스템을 고도화하고 있으며, 뇌종양 약물 전달용 무선 장치에 관한 연구 성과는 국제 학술지 Nature Communications에 게재되었습니다.

맥스웰 방정식에 기반한 이론적 플랫폼을 활용하여 전자기 구조를 설계하는 연구를 수행하고 있습니다. 전자기 구조 설계는 변수 공간이 방대하여 기존의 수치 해석 기반 최적화 방식만으로는 탐색에 많은 시간과 연산 자원이 소요되는 한계가 있습니다. 이러한 한계를 극복하기 위해 양자 컴퓨팅 알고리즘을 전자기 구조 설계 과정에 도입하여, 기존 전산 방식으로는 접근하기 어려웠던 설계 공간을 효율적으로 탐색하는 방법론을 연구하고 있습니다. 이를 기반으로 특정 파장대에서 원하는 광학적 특성을 구현하는 고성능 광학 필름을 개발하는 연구를 진행하고 있습니다. 이 연구는 전자기 이론과 양자 정보 처리 기법을 결합함으로써, 복잡한 전자기 구조에 대한 최적 설계를 도출하는 새로운 접근법을 제시하는 데 목적을 두고 있습니다. 양자 알고리즘을 활용한 설계 방법론은 향후 다양한 파장대와 소재 조건으로 확장 적용될 수 있는 이론적 토대를 제공합니다.