KRISS-GIST 공동 연구진, '수중 스텔스' 핵심물질 개발

반사 없이 음파 투과하는 '제로 굴절률 메타물질' 구현 성공

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.