이 연구실의 핵심 축 중 하나는 마찰대전 현상을 이용해 주변의 미활용 기계적 에너지를 전기에너지로 변환하는 에너지 하베스팅 기술이다. 특히 빗방울, 유동하는 물, 바람, 진동, 왕복운동과 같은 일상적이고 불규칙한 입력원을 안정적으로 전력화하는 데 초점을 두고 있으며, 이를 통해 배터리 의존도를 낮춘 자가발전형 시스템 구현을 지향한다. 단순히 발전량을 높이는 수준을 넘어 실제 환경에서 지속적으로 작동할 수 있는 구조적 안정성, 내구성, 적용성까지 함께 고려하는 점이 특징이다. 연구실은 액적 기반 발전기(DEG), 회전형 및 양방향 직류형 마찰대전 나노발전기(TENG), 마찰대전-전자기 하이브리드 하베스터 등 다양한 소자를 개발해 왔다. 단일 액적에서 더 많은 출력을 얻기 위해 4D 프린팅과 기계적 좌굴 구조를 접목한 하이브리드 설계를 제안하였고, 물 자체를 유체 전극으로 활용해 높은 투명성·유연성·기능성을 동시에 확보하는 접근도 수행하고 있다. 또한 저속풍, 불규칙 풍속, 왕복운동처럼 기존 발전 방식에 불리한 조건에서도 효과적으로 작동하는 자가적응형 구조 설계를 통해 에너지 변환 효율을 높이고 있다. 이러한 연구는 오프그리드 환경 인프라, 원격 환경 모니터링, 웨어러블 및 휴대형 전자기기, 빗물·수돗물 기반 발전 시스템 등으로 확장될 가능성이 크다. 실제로 빗물을 활용한 발전 시스템, 배수지 물탱크 발전 구조 등 특허로 이어지며 응용성이 검증되고 있다. 궁극적으로 이 연구는 자연계에 분산된 작은 에너지들을 모아 전력화함으로써, 분산형 전원과 지속가능한 에너지 공급 기술의 새로운 방향을 제시한다.

이 연구실은 액체와 고체가 접촉하고 분리될 때 발생하는 전하 이동 현상을 정밀하게 이해하고 제어하는 연구를 지속적으로 수행하고 있다. 특히 기존 접촉대전 연구가 주로 고체-고체 계면에 치우쳐 있었던 한계를 넘어서, 액체-고체 접촉대전의 물리·화학적 특성을 체계적으로 규명하는 데 큰 기여를 하고 있다. 이는 액적 기반 발전, 자가구동 센서, 미세유체 시스템 등 다양한 기술의 기반이 되는 매우 중요한 연구 영역이다. 대표적으로 연구실은 여러 종류의 액체에 대해 액체 마찰대전 서열(liquid triboelectric series)을 정립하여, 어떤 액체가 고체 표면과 접촉할 때 상대적으로 더 큰 전하를 형성하는지를 체계적으로 제시하였다. 이 과정에서 하이드록실기와 벤젠기 같은 화학 작용기가 액체의 대전 성향에 어떤 영향을 미치는지 밝혔고, 액적의 전하량을 파이펫팅 과정에서 정전용량적으로 제어하는 기술도 제안하였다. 또한 표면 젖음성, 유전 특성, 전하 유도 구조를 조절하여 액체-고체 계면에서 생성되는 신호를 증폭하거나 안정화하는 전략을 개발하였다. 이 연구는 단지 현상 규명에 그치지 않고, 실용적인 장치 설계로 직결된다는 점에서 의미가 크다. 액체의 종류와 계면 조건에 따라 발전 효율을 향상시키고, 세척 과정의 입자 오염 제어, 미세유체 분석, 자가구동 액적 센서, 바이오 및 실험실 유체 취급 기술 등으로 응용 범위를 넓히고 있다. 나아가 액적의 전기적 편향을 정밀 제어함으로써 실험 재현성과 기능성 소자 성능을 동시에 높일 수 있어, 차세대 액체 인터페이스 공학의 기반 기술로 발전할 잠재력이 크다.

이 연구실의 또 다른 중요한 방향은 기계 설계와 마찰대전 신호 생성 메커니즘을 결합해 외부 전원 없이 동작하는 자가구동 센서와 기능성 시스템을 구현하는 것이다. 즉, 기계 구조의 움직임 자체를 감지 신호와 전력원으로 동시에 활용하여, 센서와 에너지 공급 문제를 한 번에 해결하는 접근을 취한다. 이는 센서 네트워크, 스마트 모니터링, 디지털 트윈, 환경 인프라 분야에서 매우 유용한 기술 전략이다. 연구 사례를 보면 기어 마모 및 파손을 감지하는 기어 모니터링 시스템, 손가락 동작 인식용 마찰대전 센서, 풍속 지시기, 압력 및 힘 센서, 진동 및 왕복운동 기반 감지 플랫폼 등이 포함된다. 특히 구조의 기구학적 특성과 입력 에너지의 역학적 특성을 분석하여 센서 민감도와 출력 특성을 최적화하는 설계가 두드러진다. 3차원 좌굴 구조, 기계적 정류 메커니즘, 자가조절형 회전 구조, 4D 프린팅 기반 형상 변환 설계 등은 이 연구실이 단순한 전기 신호 측정을 넘어 고도화된 기계 시스템 설계를 함께 수행하고 있음을 보여준다. 이러한 기술은 산업 설비의 상태 모니터링, 휴먼-머신 인터페이스, 웨어러블 입력 장치, 원격 환경 감시, 휴대형 기기 전원 공급 등으로 폭넓게 확장될 수 있다. 특히 배터리 교체가 어려운 환경에서 자가구동 센서 시스템은 유지보수 비용을 줄이고 시스템 자율성을 크게 높일 수 있다. 결과적으로 이 연구는 기계공학, 재료, 전기신호, 센서 응용을 통합하여 실사용성이 높은 지능형 자가발전 시스템을 구축하는 방향으로 발전하고 있다.