KRISS 최원재 책임연구원(사진 아래 쪽) 연구팀이 제로 굴절률 메타물질을 이용해 수중실험을 하고 있다.(사진=KRISS 제공)
한국표준과학연구원(KRISS)은 안전측정센터 최원재 책임연구원과 광주과학기술원(GIST) 기계공학부 왕세명 교수 연구팀이 제로 굴절률의 메타물질을 구현하고, 수중실험에 성공했다고 20일 밝혔다.
음파로 탐지하는 수중에서 투명망토와 같은 은폐기술인 스텔스(Stealth) 효과를 볼 수 있으려면, 굴절률을 제로(0)로 제어해야만 하는데, 수중에 있는 물질이 물보다 음향의 전달속도가 느려야만 굴절률 제어가 가능하다는 게 기존 가설이었다.
가설대로라면, 공기처럼 소리 전달속도가 느린 물질을 물속에 배치해야 하는데, 이는 현실적으로 불가능하다.
최적화 알고리즘이 적용된 메타물질에 음파를 발사하는 시뮬레이션 결과.(사진=KRISS 제공)
공동 연구팀은 이 같은 기존의 '느린 물질 가설'을 뒤집어 발상을 전환했다.
물보다 전달 속도가 3배 이상 빠른 구리를 규칙적으로 배치하는 방식으로 제로 굴절률의 음향양자 결정(Phononic Crystal) 메타물질을 구현한 것이다.
제로 굴절률 메타물질에 음파를 쏘면 물질 끝단에서 통과하기 직전과 동일한 위상의 파동이 나온다. 파동의 끊김이나 왜곡 없이 계속 진행되는 것처럼 보이는 이유가 여기에 있다. 아울러 메타물질 끝단의 형태에 따라 음파를 모을 수도, 퍼져 나가게 할 수도 있다.
KRISS 최원재 책임연구원은 "잠수함 표면을 메타물질로 설계한다면, 음파탐지 시스템으로 결코 관측되지 않는 스텔스 잠수함을 만들 수 있을 것"이라고 말했으며, GIST 왕세명 교수는 "음향을 원하는 방향으로 제어할 수 있어 기계 및 의학 산업은 물론, 층간소음의 근본적인 문제 해결에도 적용할 수 있을 것"이라고 설명했다.
이번 연구 성과는 국제 학술지 '사이언티픽 리포트'(Scientific Reports, 5월)에 실렸다.