조용한 바다 밑을 항해하는 잠수함. 아무리 조용하게 움직이더라도 바닷 속 물체 탐지나 움직임을 찾아내는 장치인 ‘소나’의 감시망을 벗어나기란 쉽지 않다. 국내 연구진이 물 속에서 음파에 탐지되지 않는 일종의 투명 망토 기술을 개발해 주목받고 있다.한국표준과학연구원 안전측정센터 최원재 박사와 광주과학기술원(GIST) 기계공학부 왕세명 교수 공동연구팀은 수중에서 음파를 반사시키지 않고 그대로 투과시켜 마치 물체가 존재하지 않는 것 같은 효과를 내는 ‘제로’(0) 굴절률의 메타물질을 만들어 수중실험에 성공했다고 20일 밝혔다. 이번 연구결과는 기초과학 및 공학 분야 국제학술지 ‘사이언티픽 리포츠’ 최신호에 실렸다.

최근 주목받고 있는 투명망토는 대표적인 메타물질 응용기술로 빛의 굴절을 제어해 그대로 투과시켜 마치 아무 것도 없는 것처럼 보이도록 만드는 기술이다. 빛 뿐만 아니라 음파의 굴절률을 제로로 만든다면 레이저나 빛을 이용하지 못해 음파로 탐지하는 수중에서 투명망토처럼 스텔스 효과를 볼 수 있다.

과학계는 지금까지 수중 스텔스를 가능하게 만드는 수중 음파 굴절률 제로 물질에 대해서는 컴퓨터 시뮬레이션 실험으로만 수행해왔다. 수중 스텔스가 실제로 가능하려면 수중에 있는 물질이 물보다 음파 전달 속도가 느려야 굴절률 제어가 가능하기 때문이었다.

연구팀은 발상 전환을 통해 물보다 전달 속도가 세 배 이상 빠른 구리를 규칙적으로 배치함으로써 음파의 속도를 느리게 만들어 굴절률을 제로로 만든 것이다. 이번에 개발한 음파 메타물질은 수중 스텔스가 가능하게 할 뿐만 아니라 음파의 방향도 원하는대로 제어할 수 있다.

최원재 표준연구원 박사는 “잠수함 표면을 이번에 개발한 메타물질로 설계한다면 음파탐지시스템으로는 잡아낼 수 없는 스텔스 잠수함을 만드는 것도 가능해질 것”이라고 설명했다.

연구팀은 군사 분야 뿐만 아니라 음향분야에 적용해 최적의 이상적 음원을 설계할 수 있을 것으로 보고 있다. 또 기계, 건축분야에서 진동 소음제어에도 활용할 수 있을 것으로 기대되고 있다. 연구팀은 이번에 개발한 제로 굴절률 메타물질을 이용해 진동이나 소음을 원하는 방향으로 우회시키거나 줄일 수 있기 때문에 층간소음을 근본적으로 해결할 수도 있을 것으로 기대하고 있다.

유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr