고성능 스마트 투명망토 구현 기술 개발

김경식 교수팀, 음의 탄성 메타물질 이용

김경식 교수

아주경제 이한선 기자 = 국내연구진이 메타물질로 고성능 스마트 투명망토를 구현할 수 있는 기술을 개발했다.

한국연구재단은 연세대 기계공학과 김경식 교수가 주도하고 신동혁 박사과정 연구원(제1저자)과 미국 듀크대학교 스미스 교수가 참여한 국제 공동연구진이 눌렀을 때 뚱뚱해지지 않고 오히려 홀쭉해지는 자연에 존재하지 않는 특이한 메타물질을 이용해 신축성 좋은 투명망토를 실험적으로 구현했다고 20일 밝혔다.

연구는 향후 접거나 구부려도 은폐기능을 잃지 않는 고성능 스마트 망토 개발의 실마리가 될 것으로 기대된다.

음의 탄성 메타물질은 자연계에 존재하지 않는 특성을 갖는 인공물질인 메타물질로 보통 위아래로 압축하면 옆으로 뚱뚱해지지 않고 오히려 홀쭉해지는 물질을 말한다.

스미스 교수는 음굴절률 메타물질과 투명망토를 최초로 개발한 연구자다.

이번 연구는 교육부와 한국연구재단이 추진하는 일반연구자지원사업(기본연구) 등의 지원으로 수행됐고 사이언티픽 리포트지 13일자에 게재됐다.

투명망토는 빛이 물체 뒤로 돌아가게 해 물체에 부딪혀 반사돼 눈으로 들어오는 빛을 없애 마치 없는 것처럼 보이게 한다.

이 경우 숨기려는 물체의 형상에 맞춰 인위적으로 굴절률을 설계해야 해 접거나 변형하면 투명망토의 기능을 잃는다는 단점이 있었다.

연구팀은 접거나 구부리는 변형에도 불구하고 굴절률의 분포가 자동적으로 은폐성능에 맞게 변형되는 스마트 메타물질을 제안했다.

실리콘 고무 튜브로 만든 변형에 강한 스마트 투명망토가 소개된 적이 있지만 일정 기준 이상 변형에는 취약하다는 한계가 있었다.

향후 접거나 구부려도 은폐 및 광학기능을 잃지 않는 스마트 투명망토 개발로 이어질 경우 국방 분야, 광디스플레이, 의료기기 등에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

연구팀은 위에서 강하게 눌렀을 때 홀쭉해지는 특이한 메타물질을 고안하고 이를 이용해 추가적인 구조 없이도 모든 방향의 변형에도 작동하고 절반 크기로 압축해도 은폐기능이 유지될 수 있도록 했다.

이렇게 만든 고성능 스마트 투명망토를 마이크로파 영역(10기가헤르츠)에서 삼각형물체를 대상으로 은폐실험을 한 결과 없는 것과 같은 효과를 보이는 것으로 나타났다.

김 교수는 “이번에 개발된 투명망토는 자연계에 존재하지 않는 역학적 성질과 광학적 특성을 동시에 필요로 하는 소재개발이 필요하므로 앞으로 기계공학과 광학의 융합발전이 중요하다”고 밝혔다.