KRISS-GIST 공동 연구진, '수중 스텔스' 핵심물질 개발

머니투데이

대전=허재구 기자

국내 연구진이 수중에서 음파를 반사시키지 않고, 들어온 그대로 투과시키는 물질을 개발했다. 마치 물체가 존재하지 않는 것과 같은 효과를 낼 수 있어 수중 스텔스의 핵심기술로 적용될 수 있을 것으로 전망된다.

한국표준과학연구원(KRISS) 안전측정센터 최원재 책임연구원과 광주과학기술원(GIST) 기계공학부 왕세명 교수팀은 제로 굴절률의 메타물질을 구현하고 수중실험에 성공했다고 20일 밝혔다.

최원재 책임연구원(아래쪽) 연구팀이 제로 굴절률 메타물질을 이용, 수중실험을 하고 있다./사진제공=한국표준과학연구원

자연계에 없는 메타물질(Metamaterial)은 음파를 투과시킬 뿐만 아니라 원하는 방향으로 제어할 수 있어 군사, 기계, 의학 등 다양한 분야에 적용 가능하다. 투명망토가 이를 활용한 가장 대표적인 기술로 꼽힌다.

투명망토는 원래 양(+)의 방향으로 굴절되는 빛을 극단적으로 제어하고 나아가 음(-) 또는 제로(0) 굴절률까지 구현한 덕분에 탄생했다.

빛의 굴절을 제어해 망토가 투명해졌듯이 음향의 굴절률을 제로로 제어한다면 음파로 탐지하는 수중에서 투명망토와 같은 스텔스 효과를 볼 수 있다.

하지만 수중 스텔스를 가능케 하는 수중 음향의 제로 굴절률은 컴퓨터를 이용한 가상의 실험으로만 보고돼 왔다.

하지만 이들 연구팀은 물보다 전달속도가 세 배 이상 빠른 구리를 규칙적으로 배치, 제로 굴절률의 음향양자결정(Phononic Crystal) 메타물질을 구현하는데 성공했다.

이 메타물질에 음파를 쏘면 물질 끝단에서 통과하기 직전과 동일한 위상의 파동이 나오는데 연구팀은 이를 토대로 메타물질 끝단의 형태에 따라 음파를 모을 수도, 퍼져 나가도록 제어할 수 있었다.

연구진이 개발한 '제로 굴절률 메타물질'./사진제공=한국표준과학연구원

KRISS의 최원재 책임연구원은 "잠수함 표면을 메타물질로 설계한다면 음파탐지시스템으로 결코 관측되지 않는 스텔스 잠수함을 만들 수 있을 것"이라고 말했다.

GIST의 왕세명 교수는 "음향을 원하는 방향으로 제어할 수 있어 기계 및 의학 산업은 물론 건축현장에서 층간소음의 근본적인 문제 해결에도 적용할 수 있을 것"이라고 말했다.

한편 국가과학기술연구회 창의형융합연구사업의 지원을 받은 이번 연구결과는 융합과학분야의 세계적 학술지인 사이언티픽 리포트 (Scientific Reports – IF: 4.259)의 5월호에 게재됐다.