일본산업뉴스요약

인프라의 노후화, 센서로 감시
도쿄도시대학, 압전소자로 성(省)에너지

도쿄도시대학의 세키야(関屋) 조교 팀은 소비 전력이 적은 소형 센서로 인프라 설비의 노후화 상태를 감시하는 기술을 개발했다. 가속도와 압력을 측정하는 센서를 이용해 교량이나 지하철 터널 등의 균열 및 변형을 측정하는 기술이다. 노후화가 진행되고 있는 인프라 설비 상태를 센서로 파악할 수 있게 된다면 점검에 필요한 인력 및 비용을 줄일 수 있다. 전원이나 무선통신기기와 결합시킨다면 항상 인프라의 상태를 감시할 수 있을 것으로 연구팀은 보고 있다.

일본의 주요 인프라는 고도경제성장기에 정비된 것들이 많아 노후화가 진행되고 있는 상태다. 국토교통성에 따르면 2033년에는 교량의 약 60%, 터널의 약 40%가 건설된 지 50년이 경과한다고 한다.

현재 인프라 점검은 작업자가 직접 확인하는 것이 일반적이다. 국토교통성은 5년에 한 번, 도로와 터널 등에 대해 눈으로 확인하거나 타음(打音)을 통한 점검을 의무화하고 있다. 하지만 작업자 수가 감소되고 있는 추세로 인력이 필요 없는 점검 방법이 요구되고 있다.

현재 드론이나 주행 차량을 통해 촬영된 영상에서 인프라의 노후화를 진단하는 기술 개발도 추진되고 있다. 하지만 이러한 것들도 정기적인 점검밖에는 안 된다. 보수유지가 거의 불필요한 센서로 항상 감시할 수 있게 된다면 작은 이상도 바로 파악해 신속하게 대응할 수 있다.

세키야 조교 팀은 철재로 만든 교량의 피로로 인한 균열을 검출하기 위해 감도가 높은 압전소자에 주목했다. 압력이 가해지면 전력이 발생되는 얇고 작은 소자는 가동을 위한 전력이 필요 없다. 1개에 수십 엔으로 가격도 저렴하다. 압전센서로서 교량 등에 설치해놓는다면 균열이 생겼을 경우의 흔들림 등을 통해 소자가 발전한다. 연구팀은 실제로 대형 교량을 모방해 만든 구조물에 압력을 계속 가해 재현한 피로로 인해 균열이 생기는 상황을 압전소자 센서로 파악할 수 있었다고 한다.

또한 연구팀은 지하철이 통과하는 터널 점검에는 소형에 저렴한 가속도센서를 이용하는 방법을 고안했다.

실제로 지하철이 달리고 있는 지하철 터널 벽면에 가속도센서를 설치하는 실증 실험을 시작했다. 지하철이 통과할 때의 진동으로 터널이 변형. 이로 인한 가속도의 변화에 센서가 반응했다. 변형 정도를 통해 터널의 구조 상의 노후화를 판단할 수 있는 기술 개발의 실마리를 찾았다고 한다.

이전 세키야 조교 팀은 가속도센서를 이용해 차량이 교량을 통과할 때의 교량의 굴곡을 가속도로서 측정해 교량의 피로도를 검지하는데 성공했다. 실제 교량에서 1년 간 안정적으로 측정할 수 있었다고 한다.

앞으로 압전소자 센서와 가속도센서로 얻은 데이터를 무선통신으로 먼 거리에서 상시 감시할 수 있는 시스템 구축을 목표로 하고 있다. 태양전지와 무선통신기를 설치해 인력이 필요 없는 보수점검의 네트워크 구축도 추진할 계획이다.

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