투명 망토와 스텔스 기능이 가능한 신소재인 메타물질에 대해 LIG넥스원과 파동에너지극한제어연구단(CAMM)이 공동 연구를 위해 손을 맞잡았다. 두 기관은 차세대 국방 연구개발(R&D) 역량을 확보하기 위해 스텔스, 센서 등 주요 산업분야를 선도할 기술로 꼽히는 메타물질에 관한 공동연구를 진행하기로 했다고 13일 밝혔다. 앞서 두 기관은 지난 10일 대전 유성구에 위치한 파동에너지극한제어연구단에서 ‘국방 메타구조 공동연구센터 설립을 위한 업무협약(MOU)’을 체결했다. 메타물질은 자연적인 물질의 배열과 구조를 인공적으로 바꿔 빛이나 음파, 전자파를 특이하게 반사 또는 굴절 시키도록 만든 신소재다. 몸에 두르면 투명망토, 고해상도 홀로그램, 고성능 렌즈, 효율적인 소형 안테나, 초민감 감지기, 스텔스 기능 같은 다양한 분양에 적용할 수 있는 ‘꿈의 물질’이다. 이번 MOU 체결을 통해 두 기관은 국방 메타구조 공동연구센터를 설립, 스텔스와 센서 등 다양한 분야의 국방 핵심과학기술 연구개발 및 사업에 공동으로 참여하며 메타물질 관련 전문기술 교육과 세미나 개최 등 상호 협력을 도모해 나갈 계획이라고 LIG넥스원이 설명했다. 국방 R&D분야에서 메타물질의 기술을 선도적으로 개발하고 접목하면 항공우주, 초음파 등 첨단 방위산업 시대를 앞당기는 전기가 될 것으로 기대된다.미국, 유럽 등 선진국에서는 메타물질을 활용한 무기체계 연구가 활발히 진행되고, 국내에서도 최근 민수분야에서 메타물질의 연구 및 사업화가 진행되고 있다. 이학주 파동에너지극한제어연구단장은 “글로벌프런티어 사업으로 보유한 메탈물질 분야의 설계 및 제작 기술을 방산분야로 적용할 수 있는 도전의 기회를 갖게 됐다”며 “향후 국방 분야 사업 참여가 확대될 것으로 기대된다”고 밝혔다. 신익현 LIG넥스원 C4ISTAR사업부문장은 “이번 협약 체결을 통해 메타물질의 국방분야 응용방안에 대해 전략적으로 계획해 준비할 수 있게 됐다”며 “방위사업 전 분야에서 쌓아온 LIG넥스원의 개발경험과 파동에너지극한제어연구단의 고도화된 기술력을 최대한 접목해 대한민국의 차세대 국방핵심기술을 확보하겠다”고 밝혔다.

최근 인기를 끌었던 ‘이상한 변호사 우영우’의 에피소드 중 하나에는 주인공 우영우가 시계 초침이 움직이는 소리 때문에 잠을 못 이루는 장면이 나온다. 보통 시계초침 뿐만 아니라 조용히 울리는 저주파 진동은 쉽게 느끼지 못하지만 소리에 민감한 사람이나 일단 한 번 듣고 온통 그 쪽에 집중하면 계속 소리가 신경을 거슬려 힘들게 만들기도 한다. 이는 층간소음도 마찬가지이다. 국내 연구진이 거울상 대칭이라고 불리는 카이랄 구조를 이용해 저주파 진동을 없애는 방법을 개발했다. 포스텍 기계공학과, 화학공학과 공동 연구팀은 왼손과 오른손처럼 거울로 보면 대칭구조를 이루고 있지만 겹치지 않는 독특한 특성을 가진 카이랄 구조를 이용해 저주파 진동을 줄이는 방법을 개발했다고 22일 밝혔다. 이번 연구 결과는 응용물리학 분야 국제학술지 ‘커뮤니케이션즈 피직스’에 실렸다. 구조물에서 저주파 소음을 만들어 내는 탄성파는 다양한 파동으로 나타나기 때문에 이 때 생기는 모든 진동을 억제하는 연구는 거의 없었다. 자연에 존재하지 않는 특성을 가진 메타물질로 진동을 줄이려는 시도도 있었지만 이는 한 종류의 진동에만 대응할 수 있었다. 메타물질로 진동 억제하는 시스템은 초기에 의도하지 않았던 진동이 만들어져 퍼질 때 오히려 그 진동을 증폭시킬 수 있다는 문제가 있다.연구팀이 이번에 개발한 카이랄 구조 저주파 진동 차단 기술은 특정 주파수대에서 포지는 모든 종류의 진동을 막는데 성공했다. 카이랄 구조를 이용해 저주파에서 발생하는 모든 진동을 효과적으로 줄일 수 있다는 것이다. 노준석 포스텍 교수는 “이번 연구는 나노미터 크기에서 연구된 메타물질의 활용 범위를 일상에서 사용할 수 있는 크기로 확장했다는데 의미가 있다”며 “자동차나 항공기 같은 기계 구조물, 건축물, 토목 등 다양한 분야에서 적용할 수 있을 것”이라고 설명했다.

2020년 말에는 코로나 델타변이 바이러스가 전 세계에 유행했고, 지난해 말부터는 코로나 오미크론변이 바이러스가 발생해 전 세계에 엄청난 숫자의 확진자가 발생하고 있다. 새로운 변이가 나타날 때마다 해당 바이러스를 검출하기 위한 검사시약이 필요해 조기 대응이 쉽지 않았다. 이 같은 상황에서 한국과학기술연구원(KIST) 센서시스템연구센터, 고려대 KU-KIST 융합대학원 공동연구팀은 바이러스가 인체에 침투했을 때 감염에 핵심적인 역할을 하는 단백질을 판별할 수 있는 테라헤르츠 메타물질 센서를 개발했다고 22일 밝혔다. 전자기파 중 특정 주파수에서 투과율이나 반사율을 증폭시키는 물질이다. 이번 연구결과는 분석화학 및 전자공학분야 국제학술지 ‘바이오센서 앤드 바이오일렉트로닉스’에 실렸다. 현재 코로나19 바이러스를 검출할 때는 PCR검사와 신속항원검사법을 사용한다. PCR검사는 정확성은 높지만 검사결과가 나오기까지 최소한 4시간 이상이 걸리고 신속항원검사는 검출시간은 15~20분에 불과하지만 정확도가 낮다. 코로나19 바이러스는 베타(β) 코로나바이러스속 중 하나로 82% 이상이 유사한 아미노산 배열을 갖고 있어 검출이 쉽지 않다. 테라헤르츠 전자기파는 주파수 대역이 넓어 생체분자의 고유 진동에 민감한 분광법에 활용할 경우 DNA, 아미노산, 단백질 단위체 같은 생체시료들의 미세한 고유정보와 차이점까지 구분해 낼 수 있다. 이 같은 장점에도 불구하고 신호증폭 기술이 없고 극미량 시료로는 검출이 쉽지 않다는 한계가 있다. 이에 연구팀은 테라헤르츠파 특정 신호를 증폭시키는 메타물질을 만들어 미량의 시료만으로도 민감하게 측정할 수 있는 생체분자 진단플랫폼 개발에 성공했다. 이에 미량의 시료만으로도 수 분 이내에 정확하게 바이러스를 검출해 낼 수 있게 됐다. 서민아 KIST 박사는 “이번에 개발한 투과형 테라헤르츠 시스템의 소형화에 성공한다면 이동식, 현장 검사에 투입돼 특정 감염병에 대한 즉각적 대처가 가능할 것”이라며 “앞으로 나타날 수 있는 감염병과 그 변이들을 추적·분석할 때도 도움이 될 것으로 예상된다”고 말했다.

영화 해리포터에 나오는 ‘투명망토’가 현실에서도 나올 가능성이 높아졌다. 국내 연구진이 굴절률을 제어해 빛의 경로를 조절하는 방식으로 투명 망토 제작을 가능하게 하는 ‘벌크 메타물질’을 구현하는데 성공했기 때문이다. 7일 한국연구재단은 서울대 정인 교수 연구팀 등이 음굴절하는 빛의 파장대를 정밀하게 조절할 수 있는 방식을 구현했다고 밝혔다. 메타물질이란? 메타는 ‘존재하지 않는’ ‘가상의’ ‘초월한’이란 뜻의 그리스어에서 나온 말이다. 메타물질은 자연계에 존재하지 않으며 인간이 만들어낸 새로운 성질을 가진 물질들을 총칭한다. 학술적으로는 자연에서 얻은 물질에서는 관찰되지 않는 성질을 가지도록 인공적으로 배열 및 설계한 물질을 뜻한다. 특히 빛‧에너지의 파장보다 작은 인공원자들로 이루어진 구조들의 집합체를 통칭한다. 메타물질은 이로 인해 빛과 국소적인 상호작용을 일으키며 빛의 위상, 세기, 진행 방향 등과 같은 다양한 특성을 변화시킨다. 새로운 광학 특성을 가진 메타물질은 무궁무진한 상상 속 기술을 구현할 수 있는 미래혁신소재 플랫폼으로 기대를 받고 있다. 메타물질은 빛을 일반적인 굴절 방향과 다른 쪽으로 휘도록 하는 ‘음굴절’과 빛의 파장보다 작은 초점을 만드는 등 특이 성질을 보인다. 실제로 음굴절이 구현되면 투명 망토, 빛의 파장보다 작은 초점, 초고해상도 이미징, 빛 경로 제어, 초고성능 센서 등에 응용할 수 있다.한국연구재단, 굴절률 제어해 빛 경로 조절하는 방식 적용 연구팀은 나노물질인 질화 보론과 흑연층이 자발적으로 교차해 쌓이는 합성법을 개발했다. 이들 분말을 벽돌처럼 찍어 잘라낸 벌크 소재(자연계에 일반적으로 존재하는 길이 100㎚ 이상의 눈으로 관측되는 물질)는 3차원 모든 방향에서 음굴절 등 자연계에 존재하지 않는 광학적 성질을 보일 수 있는 ‘하이퍼볼릭 메타물질’ 성질을 나타냈다. 눈에 보이지 않는 작은 크기의 나노 소재가 아닌 사람 눈으로 볼 수 있는 크기의 벌크 소재 형태로는 처음 구현된 메타물질이다. 평면 방향뿐만 아니라 모든 방향에서 들어오는 빛을 음굴절시키는 데다 파장대도 정밀하게 조율할 수 있다. 메타물질 여러 개를 이어 붙여 망토를 만들고, 망토의 빛 굴절률을 정밀 제어하면 투명 망토도 가능해진다는 것이다. 지금까지는 매우 작은 금속을 초고난도 특수 세공 기술로 가공해 나노 크기의 메타물질을 구현해 왔다. 구조 설계·변형이 어려운 기존 방식으로는 다양한 메타물질을 구현하거나 성질을 제어하는 데 어려움을 겪어 왔다. 연구팀은 “질화 보론과 흑연을 섞는 비율, 두께 등이 벌크 메타물질의 성질을 결정하는데 이는 메타성질을 화학적으로 제어한 최초의 결과”라면서 “투명 망토, 나노입자도 볼 수 있는 초고해상도 이미징 등의 실마리가 될 수 있을 것”이라고 전했다.

기록적 한파와 이상고온 현상이 매년 반복되는 등 지구온난화는 심각한 기후변화와 인명 피해를 초래하고 있다. 온난화는 태양에 의해 뜨거워진 지구가 방출하는 열 복사에너지가 대기 중 이산화탄소와 같은 온실가스에 흡수된 후 지표면으로 재방출되는 과정을 통해 일어난다. 뜨거워진 지구 때문에 냉방 가동률이 높아지고 그로 인한 온실가스 배출이 증가해 온난화가 더욱 가속된다. 한편 빈 공간인 우주의 온도는 영하 270도다. 지구에서 가장 추운 남극점도 최저기온이 영하 100도에 불과하다. 최근 과학자들은 “우주를 히트 싱크로 활용해 뜨거워진 지구를 식힐 수 있지 않을까”라는 기발한 상상을 하고 있다. 원리는 단순하다. 태양으로부터 받은 열을 잘 내보내는 소재를 이용해 지구의 열에너지를 우주로 방출하자는 것이다. 대기 중에는 적외선인 지구 복사열이 흡수되지 않고 통과하는 투명한 영역이 있어, 대기권을 넘어 우주 공간으로 열을 빼내는 것이 가능하기 때문이다. 이 영역에서 복사열을 잘 방출하는 복사 냉각 소재를 이용하면 별도의 에너지 투입 없이도 주변부보다 5~10도가량 온도를 낮출 수 있음이 여러 실험을 통해 밝혀졌다. 이를 ‘무전력 광학 복사 냉각 기술’이라고 하며 미래를 바꿀 냉각 기술로 주목받고 있다. 메타물질, 다공성 고분자 등 다양한 형태의 복사 냉각 소재들을 차량, 건물, 데이터 센터 등에 적용하면 열이 대기에 흡수되지 않아 온실가스 효과를 낮출 수 있을 것이다.

플라스틱 쓰레기들이 제대로 분리수거되지 않고 버려질 경우 햇빛이나 바닷물에 분해되면서 작은 크기의 플라스틱 조각이 된다. 바로 미세플라스틱이다. 미세플라스틱은 땅 속이나 물 속으로 들어가면서 환경은 물론 인체에도 심각한 영향을 미칠 수 있다. 이 때문에 미세플라스틱이 얼마나 토양이나 물 속에 스며들어있는지를 정확하게 파악하는 것이 필요하다. 한국과학기술연구원(KIST) 센서시스템연구센터, 고려대 KU-KIST 융합대학원 공동연구팀은 수십~수백 나노미터(㎚) 크기의 미세물질을 포착하는 나노입자 포집기술과 테라헤르츠파 증폭기술을 결합한 새로운 개념의 광(光)핀셋 기술을 개발했다고 30일 밝혔다. 이번 연구결과는 재료과학 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 사이언스’ 최신호(3월 24일자)에 실렸다. 1초에 1조번 이상 진동하는 전자기파인 테라헤르츠파는 파장이 길고 광에너지는 낮아 인체에 무해하다는 특성 때문에 비파괴 검사에 많이 쓰인다. 문제는 물 속에서는 테라헤르츠파가 흡수되버리기 때문에 수중 미세물질을 포착하고 분석하기에는 감도가 지나치게 낮아진다는 것이다. 이에 연구팀은 극미량의 나노입자를 포집하는 전기집게 기술과 테라헤르츠파 변화를 이용한 고민감도 광센서를 하나로 결합시켰다. 지렛대의 원리를 이용한 기계적 집게가 아닌 전기와 특정 파장의 빛을 이용한 광집게가 만들어 진 것이다. 이는 미세입자의 존재와 응집정도에 따라 달라지는 굴절률 등에 따라 테라헤르츠파의 투과율이나 공명주파수가 달라지는 원리를 이용했다. 연구팀은 물에서 테라헤르츠파가 흡수되는 것을 피하기 위해 반사형 센서 시스템과 나노미터 크기의 미세구조를 갖는 메타물질 센서를 만들어 입자를 효과적으로 포집해 분석할 수 있게 했다. 미세입자의 굴절률에 따라 미세하게 변화된 테라헤르츠파 신호를 증폭시켜 형광표지 같은 처리기술 없이도 감도를 수 십~수 백배 높여 극미량 미세입자를 비접촉식으로 모니터링할 수 있게 한 것이다. 실제로 이번 기술을 활용하면 40마이크로리터(㎕)에 존재하는 1(100만분의 1) 정도의 극미랭 미세입자를 검출할 수 있다. 서민아 KIST 박사는 “이번 기술은 물 속에 포함된 미세플라스틱이나 혈액이나 체액 속에 녹아있는 생체고분자 같은 미세물질을 실시간으로 검출해 정량적, 정성적으로 분석할 수 있게 해줄 것”이라며 “특히 실제 의료현장에서 특정 질병에 관여하는 미량의 생체분자를 실시간 검출 및 분석하는 데 매우 유용하게 이용될 수 있을 것으로 기대된다”라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

올해 한국과학상은 고등과학원 수학부 김범식 교수와 고려대 물리학과 박규환 교수에게 돌아갔다. 과학기술정보통신부와 한국연구재단, 한국과학기술한림원은 10일 한국과학상 수상자와 함께 한국공학상, 젊은과학자상 수상자를 선정해 발표했다. 이번에 한국과학상을 수상한 김범식 교수는 수학 분야의 대수기하학과 물리학 분야의 초끈이론에서 나타나는 거울대칭 현상에 대해 ‘콰시맵’이라는 독창적 기하학 이론을 제시해 수학과 물리학의 통합적 관점을 제시했다는 평가를 받았다. 박규환 교수는 모든 빛을 반사없이 투과시키는 것이 가능하다는 점을 이론적으로 규명하고 이를 바탕으로 메타물질을 만들어 스텔스 기술, 광통신 소자기술 등에 응용할 수 있는 기반을 마련한 공로를 인정받았다. 한국공학상은 포스텍 전기전자공학과 박부견 교수와 연세대 신소재공학과 이영국 교수에게 돌아갔다. 박 교수는 시스템의 시간지연 현상을 극복하기 위한 시스템 해석과 설계의 이론적 배경을 만들었고 이 교수는 국내기업과 함께 고망간강을 개발, 양산해 자동차에 적용함으로써 차체 경량화와 안전성 향상에 기여한 공로를 인정받았다. 40세 미만 연구자에게 주어지는 젊은 과학자상은 서울대 수리과학부 서인석 교수, 전남대 지구환경과학부 함유근 교수, 서울대 화학생물공학부 박정원 교수, 카이스트 의과학대학원 주영석 교수에게 돌아갔다. 과학상과 공학상 수상자에게는 각각 대통령상과 함께 연구장려금 7000만원, 젊은 과학자상 수상자에게는 대통령상과 연구장려금 5000만원씩이 주어진다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

과학기술의 발달로 PET(양전자방출단층촬영), CT(컴퓨터 단층촬영), 형광현미경 등 다양한 진단기기가 개발돼 암이나 치매 같은 질환들도 조기 진단이 가능하다. 이 같은 기기로 생체 내부를 촬영하기 위해서는 촬영 대상이 잘 보이도록 하기 위해 조영제를 사용하는 것이 필수적이다. 문제는 조영제를 사용할 경우 간혹 부작용이 발생할 수 있다는 점이다. 이 때문에 첨단 영상장비를 이용한 조기검진을 꺼리는 사람들도 많다. 국내 연구진이 이런 조영제 부작용을 걱정 않고 치매나 암을 진단할 수 있는 기술을 개발했다. 한국과학기술연구원(KIST) 센서시스템연구센터 연구팀이 테라헤르츠(㎔) 전자기파를 이용해 조영제 없이 생체 내 미량만 존재하는 물질을 찾아낼 수 있는 새로운 형태의 영상진단 기술을 개발했다고 1일 밝혔다. 이 같은 연구결과는 화학분야 국제학술지 ‘바이오센서 앤 바이오일렉트로닉스’에 실렸다. 테라헤르츠 전자기파는 X선이나 방사선처럼 에너지가 높지 않아 생체조직을 변형시키지 않고 별도의 조영제 없이도 생체 내부를 관찰할 수 있어 안전한 차세대 영상진단 기술로 활용될 수 있을 것으로 기대되고 있다. 문제는 X선이나 가시광선보다 파장이 길어 크기가 작거나 극미량의 물질을 관찰하기 어려울 뿐더러 생체 내 수분에 쉽게 흡수되기 때문에 관찰 정보를 수집하기도 어렵다. 이에 연구팀은 자연계에 존재하지 않는 메타물질을 개발해 관찰 대상의 광학적 특성을 바꾸면 특정 파장에서도 물질 관찰이 가능하다는 점에 착안했다. 연구팀은 실제로 생체 내부의 물과 만날 경우 그 경계면에서 전파가 흡수되지 않고 반사되도록 하는 새로운 메타물질을 개발했다. 그 결과 기존 테라헤르츠파 기술로는 영상화가 어려운 극미량의 생체조직의 선명한 영상을 촬영했으며 형광물질이나 방사성동위원소 같은 조영제를 사용하지 않고도 기존 영상장치와 유사한 수준의 영상을 얻었다.연구팀은 실제로 이번 기술을 활용해 치매 원인 물질로 알려진 ‘베타 아밀로이드’ 단백질을 진단하는데 성공했다. 기존 영상 장치로는 베타 아밀로이드 단백질의 축적 여부만 확인할 수 있었지만 이번 테라헤르츠파 측정 기술로는 베타 아밀로이드 단백질의 축적된 양까지도 정확히 분석할 수 있었다. 서민아 KIST 박사는 “이번 연구는 인체 내 다양한 질병 원인물질을 조영제 없이 직접 관찰할 수 있게 됨에 따라 치매, 암을 비롯해 다양한 질병 진단에 활용될 수 있을 것”이라고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

독일 막스플랑크 양자광학연구소 과학자들이 세상에서 가장 얇고 가벼운 거울을 만드는 데 성공했다. 이 연구소의 데이빗 웨이를 비롯한 연구자들은 2톤이 넘는 복잡하고 거대한 광학 장비를 이용해서 7마이크로미터(㎛) 지름의 거울을 만들었다. 두께는 수십 나노미터에 불과하다. 지름은 사람 적혈구와 비슷하지만, 두께는 1/100에 불과한 수준이다. 당연히 사람 눈으로는 볼 수 없는 초미세 거울이다. 사실 물체를 작고 얇게 가공하는 기술은 이미 많이 발전해서 손톱 크기의 반도체 안에도 수십억 개 이상의 트랜지스터를 집적할 수 있다. 심지어 원자를 하나씩 원하는 위치에 배열해 글자나 그림을 만들 수도 있다. 하지만 이렇게 만든 초미세 구조물이 빛을 반사하거나 굴절시키는 것은 또 다른 문제다. 우리가 일반적으로 거울에 사용하는 물질들은 너무 얇게 만들면 빛을 반사할 수 없다. 연구팀은 동일한 원자 수백 개로 이뤄진 메타물질(metamaterial)을 이용해 이 한계를 극복했다. 메타물질은 자연계에 존재하지 않는 특징을 지닌 특수한 물질로 빛이나 음파와 반응하는 성질이 뛰어나다. 연구팀은 원자를 한 층으로 연결해 만든 2차원 메타물질을 격자무늬로 배치해 극도로 얇은 크기에도 레이저의 경로를 바꿀 수 있게 만들었다. (사진) 하지만 이 연구의 궁극적인 목적은 매우 가볍고 얇은 거울을 만들기 위한 것이 아니라 일반적인 상황에서는 발생하지 않는 양자광학 현상을 연구하는 데 있다. 빛과 물체의 상호작용을 양자역학적 관점에서 설명하는 양자광학은 미래 양자 기반 정보 시스템과 기기 개발에 중요한 역할을 할 것으로 예상된다. 연구팀은 이 기술을 통해 양자 제어 기술을 포함한 관련 기술을 발전시킬 수 있을 것으로 기대하고 있다. 당장에 실용화될 수 있는 분야는 아니지만, 이런 기초 연구를 통해 양자광학과 양자 정보 기기가 우리의 삶을 변화시키는 날이 올지도 모른다. 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com

영화 ‘해리포터’와 ‘반지의 제왕’에서는 몸을 숨길 수 있는 망토가 등장한다. 현실에서도 레이더나 음파를 흡수해버리는 스텔스기나 스텔스함정, 스텔스 잠수함 등이 있다. 이렇게 스텔스 기능을 만들어 주는 것은 자연계에는 존재하지 않는 메타물질 때문이다. 국내 연구진이 음파 성질을 자유자재로 바꿔 투명망토나 스텔스 기능은 물론 소음까지 없애줄 수 있는 메타물질을 개발해 주목받고 있다. 서울대 전기전자공학부, 홍콩과학기술대 공동연구팀은 디지털 프로그램으로 폭넓은 영역에 스텔스 기능을 구현할 수 있는 가상 메타물질 기술 개발에 성공하고 기초과학 및 공학분야 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 14일자에 발표했다. 특히 이번 기술은 음향 파동이라는 물질적 특성을 자유자재로 구현할 수 있어 다양한 분야로 활용할 수 있다는 특징이 있다. 메타물질은 자연계에는 존재하지 않는 특이한 물리적 특성을 가진 물질로 고해상도 이미징, 투명망토, 스텔스 기능, 무반사 태양전지 등 다양하게 활용이 가능하다. 문제는 메타물질을 만드는데 사용된 자연물질과 구조체의 특성에 따라 메타물질의 성질과 기능이 결정되기 때문에 메타물질을 사용하려는 목적에 맞춰 모든 영역에 적용하기는 쉽지 않다. 이 때문에 기존에 메타물질을 설계할 때는 메타물질 구조체를 설계한 다음 원하는 특성을 가질 때까지 조금씩 변형하는 설계기법이 쓰였다.연구팀은 거꾸로 원하는 특성을 얻을 수 있는 메타물질 구조를 계산해 만드는 방식을 선택했다. 이를 위해 디지털 회로와 신호처리 기술을 이용해 자연물질의 분극현상을 흉내내 실제 구조체 없이도 원하는 파동물성과 주파수 분산 특성을 자유자재로 구현하는 가상화 음향 메타물질 기술을 개발했다. 스텔스기를 만든다고 할 때 기존에는 스텔스기 표면에 물리적으로 메타물질을 붙이거나 도색을 해야 했지만 이번 기술을 활용하면 기존 항공기도 스텔스 기능을 갖출 수 있게 되는 것이다. 연구팀은 이번에 개발한 가상의 메타물질을 이용해 빛, 소리 등 파장의 반사, 산란 같은 현상을 제어할 수 있게 됨에 따라 레이더나 소나로부터 탐지되지 않는 스텔스 기술이나 방음, 흡음설계도 가능하다고 설명하고 있다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

영화 ‘해리포터’를 비롯해 많은 판타지 영화나 SF에서는 다른 사람이 볼 수 없도록 만들어주는 투명 망토가 등장한다. 실제로 ‘메타물질’로 투명 망토를 만들 수 있다는 사실이 확인되기도 했다. 보통 반복적 패턴을 갖는 메타물질은 자연계에 존재하지 않는 특성을 갖도록 설계된 인공물질이다. 국내 연구진이 무한 속도로 움직이면서 적에게 탐지되지 않을 수 있는 전투기나 미사일을 만들 수 있는 신개념 유체역학적 메타물질의 개념을 제시해 주목받고 있다. 단국대학교 파이버시스템공학과와 서울대 재료공학부 공동연구팀이 공기나 물의 흐름에 의한 저항을 줄일 수 있는 메타물질을 만드는데 성공했다. 이번 연구결과는 물리학 분야 국제학술지 ‘피지컬 리뷰 레터스’ 최신호(13일자)에 실렸다. 기존에도 진공에 가까운 상태를 만들어 물이나 공기를 지나가는 물체의 저항력을 줄이려는 시도가 있었다. 스폰지처럼 다공성 구조에서 저항력이 줄일 수 있다는 이론적 결과도 있었다. 연구팀은 투명망토가 굴절률 분포를 변형시켜 광학적으로 은폐하듯 물체 주변을 지나는 유체의 점도 분포를 변형시키는 메타물질을 만들었다. 공간의 수학적 설계와 변형을 통해 유체 흐름이 완전히 사라진 공간을 가상으로 만들어 내 이런 공간에 있는 물체는 저항력 영향을 받지 않도록 한 것이다. 더군다나 이번에 개발된 메타물질은 마이크로미터 수준에서 거대 건축물까지 크기 제한을 받지 않을 것으로 연구팀은 설명했다.연구팀은 실제로 마이크로유체시스템을 만들어 실험한 결과 2차원 유체 흐름 속에서 일반 점성 유체와 비슷한 저항력을 5배 이하로 감소시킬 수 있다는 것을 확인했다. 이번 개념을 실용화해 자동차, 선박, 비행기에 적용하면 공기로 인한 저항력을 최소화해 진공 속을 주행하는 것처럼 움직일 수 있어 연료효율을 높이고 주행안정성을 확보할 수 있을 것으로 기대된다. 또 전투기, 잠수함, 미사일 같은 전략무기에 적용하면 공기 마찰이 최소화돼 속도가 현저하게 증가할 뿐만 아니라 소리에 의한 탐지가 거의 되지 않을 수 있다는 장점이 있다. 또 건축물에 적용할 경우 해안 재난방지 시스템으로 활용할 수도 있을 것으로 보인다. 송영석 단국대 교수는 “이번에 제시한 개념의 메타물질은 유동제어에 대해 도전적이고 독창적이면서 새로운 패러다임을 제시한 것으로 이번 개념으로 높은 연료효율을 달성하고 자연재해로부터 우회하는 재난방지 구조물을 만드는 방법을 추가 연구할 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

■ 한국원자력연구원 △ 수출용신형연구로실증사업단 사업관리부장 김학춘 △ 〃 기술관리부장 류정수 △ 〃 건설관리부장 송인택 ■ 이화여대 △ 글로벌미래평생교육원장 조상미 △ 학생처부처장 겸 장애학생지원센터소장 최정아 △ 교수사정관 오진환 △ 관리처부처장 채상미 △ 창업보육센터소장 이진규 △ 교목 장정은 △ 이화리더십개발원장 이명선 △ 기업가센터부센터장 이진규 △ 대학건강센터소장 이홍수 △ 문화예술교육원장 조상미 △ 한국문화연구원장 이해영 △ 이화어린이연구원장 정혜욱 △ 국제개발협력연구원장 박인휘 △ 이화인문과학원장 김경미 △ 패션디자인연구소장 박선희 △ 양자메타물질연구센터소장 우정원 △ 기후·환경변화예측연구센터소장 최용상 △ 혼성계면화학구조연구센터소장 황성주 △ 대학원음악치료학과장 정현주 △ 국제대학원국제학과장 Heather A. Willoughby △ 통역번역대학원부원장 신지선 △ 통역번역대학원통역학과장 이유희 △ 통역번역대학원번역학과장 신지선 △ 경영전문대학원부원장 박정은 △ 법학전문대학원학생부원장 김대인 △ 임상보건융합대학원부원장 김혜경 △ 외국어교육특수대학원부원장 이미혜 △ 의학전문대학원학생부원장 김혜순 △ 의학전문대학원연구부원장 김희선 △ 대학원사회적경제협동과정주임교수 주소현 △ 대학원언어병리학과장 성지은 △ 대학원약학과장 서은경 △ 인문과학부장 겸 인문과학대학부학장 남종국 △ 국어국문학과전공주임교수 겸 국어국문학과장 조혜란 △ 불어불문학전공주임교수 겸 불어불문학과장 장한업 △ 독어독문학전공주임교수 겸 독어독문학과장 이준서 △ 사학전공주임교수 겸 사학과장 노경덕 △ 철학전공주임교수 겸 철학과장 이지애 △ 미술사학과장 겸 미술사학연계전공주임교수 김연미 △ 전문영어연계전공주임교수 신희섭 △ 인문경영융합전공주임교수 겸 인문테크놀로지융합전공주임교수 이형숙 △ 언론홍보영상학부장 임소혜 △ 정치외교학전공주임교수 겸 정치외교학과장 김경희 △ 사회학전공주임교수 겸 사회학과장 함인희 △ 커뮤니케이션·미디어학부장 임소혜 △ 커뮤니케이션·미디어학전공주임교수 겸 언론홍보영상학전공주임교수 겸 유럽학연계전공주임교수 이준서 △ NGO연계전공주임교수 함인희 △ 자연과학대학부학장 원용진 △ 통계학전공주임교수 겸 통계학과장 송종우 △ 엘텍공과대학부학장(산학) 겸 공과대학부학장(산학) 이준성 △ 건축학전공주임교수 겸 공과대학건축학전공주임교수 김현대 △ 무용과장 김말복 △ 도자예술전공주임교수 김미경 △ 디자인학부장 유현정 △ 산업디자인전공주임교수 이혜선 △ 교육학과장 정제영 △ 초등교육과장 최진영 △ 영어교육과장 이은주 △ 수학교육과장 이인협 △ 도덕·윤리교육연계전공주임교수 정제영 △ 경영대학부학장 겸 경영학부장 겸 경영학전공주임교수 민대기 △ 의과대학부학장(학생) 김혜순 △ 의과대학부학장(연구) 김희선 △ 의과대학의예과장 박영미 △ 약학대학부학장 곽혜선 △ 제약산업학과장 임경민 △ 스크랜튼학부장 유성진 △ 국제학부장 겸 국제학전공주임교수 박인휘 △ 호크마교양대학부학장 고광석 △ 호크마교양대학인성교육실장 이윤경 △ 호크마교양대학글로벌소통교육실장 신희섭 △ 호크마교양대학사고와표현교육실장 조혜란 △ 기업가정신연계전공주임교수 이진규 △ 의학교육학교실주임교수 권복규 △ 내과학교실주임교수 이지수 △ 피부과학교실주임교수 최유원 △ 외과학교실주임교수 이령아 △ 흉부외과학교실주임교수 김관창 △ 치과학교실주임교수 방은경 △ 기록관리교육원장 이상용 △ 교육연수원장 겸 영재교육원장 황규호 △ 사회체육교육센터장 함정혜 △ PHC센터소장 하헌주 △ PHC센터부소장 곽혜선 △ 이화뮤직웰니스연구센터소장 정현주 △ 국제지역연구소장 Brendan M. Howe △ 통역번역연구소장 박혜경 △ 중국문화연구소장 홍석표 △ 독일어권문화연구소장 이준서 △ 커뮤니케이션·미디어연구소장 최윤정 △ 사회복지연구소장 정순둘 △ 이화통계연구소장 유재근 △ 식품산업융합기술연구소장 박진병 △ 도예연구소장 김미경 △ 융합디자인연구소장 조재경 △ 학교폭력예방연구소부소장 정제영 △ 경영연구소장 신경식 △ 스포츠과학연구소장 원형중 △ 건강과학융합연구소장 김혜경 △ 의과학연구소장 김희선 △ 약학연구소장 김화정 (이상 8월1일자) ■ 서울여대 △ 교무처장 홍순혜 △ 학생처장 겸 취업경력개발원장 겸 장애학생지원센터장 겸 사회봉사센터장 장혁기 △ 사무처장 겸 에코캠퍼스추진사업단장 홍정일 △ 입학처장 겸 입학사정단장 이도희 (이상 8월1일자) ■ 광주 가톨릭평화방송 ◇ 승진 △ 보도제작국 부국장 김선균

4차 산업혁명을 통해 미래 성장 가능성이 높은 분야로 가상·증강현실(VR·AR)이 꼽힌다. VR은 컴퓨터 등을 활용해 실제가 아닌 특정 환경이나 상황을 만들어 내는 기술이며 AR은 눈에 보이는 현실세계에 가상 물체를 겹쳐 보여주는 기술이다. 한동안 유행했던 포켓몬 고 같은 게임은 대표적인 AR기술을 활용한 것이다. VR을 체험하기 위해서는 여전히 헤드마운트 디스플레이라는 두껍고 무거운 장치를 머리에 써야 하기 때문에 오랜 시간 사용하기가 어렵고 몰입도도 떨어지게 된다. 국내 연구진이 투명망토 소재로 잘 알려진 메타물질을 이용해 가벼운 VR기기를 만드는 방법을 개발해 주목받고 있다. 포스텍 기계공학과, 화학공학과 연구팀은 빛의 스핀을 이용해 여러 홀로그램 이미지를 실시간으로 재생할 수 있는 메타표면을 만드는데 성공했다고 28일 밝혔다. 이번 기술은 광학 분야 국제학술지 ‘레이저 앤 포토닉스 리뷰’ 최신호에 실렸다. VR·AR을 구현시키기 위해서는 공중에 3차원(3D) 이미지를 띄울 수 있는 홀로그램 디스플레이가 필요하다. 홀로그램 이미지를 만들어 내기 위해서는 많은 부품들이 필요해 VR장치의 부피와 무게가 늘어난다. 이 때문에 메타물질을 이용해 홀로그램 이미지를 만드는 기술이 연구돼 왔지만 지금까지는 한 번에 하나의 이미지만 생성할 수 있다는 문제가 있다. 연구팀은 실리콘을 이용해 빛이 회전하는 방향과 편광을 조절하면 두 개의 홀로그램 이미지가 동시에 나타나는 메타표면을 개발했다. 빛의 편광을 조절하면 이미지를 실시간으로 바꿀 수도 있고 동영상으로 작동시킬 수도 있을 것으로 예상된다. 메타홀로그램 장치를 개발하기 위해 기존에는 산화티타늄이나 질화갈륨 같은 비싼 물질을 이용했지만 이번 기술은 실리콘을 이용하고 기존 반도체 공정에서도 바로 제작할 수 있어 생산비용을 수 백배까지 절감할 수 있게 됐다. 노준석 기계공학과 교수는 “이번에 개발한 메타홀로그램은 60% 이상 투과효율 덕분에 선명한 이미지를 관찰할 수 있고 소자의 두께가 300나노미터에 불과해 초경량 고효율 기기로 만들 수 있다”라며 “이번 기술을 활용하면 홀로그램을 복잡하게 설계가 가능해 화폐, 신용카드, 명품 위조방지 기술, 각종 암호화 기술에도 활용할 수 있을 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

휴대전화를 하다가 엘리베이터를 타야 되는 순간이 되면 많은 사람들이 “내려서 다시 전화할께”라며 통화를 중단한다. 엘리베이터를 둘러싸고 있는 금속이 통신전파를 차단하기 때문에 중계기가 달려 있지 않는 이상 통화 품질 저하가 되면서 끊기는 경우가 많다.그런데 국내 연구진이 엘리베이터 안에 중계기를 다는 것이 아니라 엘리베이터 벽에 특정 패턴을 새겨넣으면 통화가 끊기지 않는다는 사실을 확인해 주목받고 있다. 울산과학기술원(UNIST) 전기전자컴퓨터공학부 변영재 교수팀은 금속에 전파를 통과시키는 전자기 유도 투과의 새로운 형태로 평면에 무늬를 새겨 넣는 것만으로도 통신전파 차단을 막을 수 있다는 사실을 발견했다고 20일 밝혔다. 이번 연구결과는 물리학 분야 국제학술지 ‘어플라이드 피직스 레터스’ 최신호에 실렸다. 전자기 유도 투과는 물질을 구성하고 있는 원자에 빛을 포함한 전자파를 쏘거나 다른 방식으로 영향을 미쳐 통과시키는 현상을 말한다. 특정 파장에만 물질을 투과할 수 있게 하는 것이다. 엘리베이터처럼 금속으로 둘러쌓인 공간에 전파를 투과시키기 위해서는 지금까지는 극저온 환경이나 빛의 세기를 강하게 만드는 고강도 광학 펌프 같은 정교한 장치가 필요해 활용도가 떨어졌다.연구팀은 직사각형 속 사인곡선이 반복되는 무늬를 새기면 특정 주파수의 전파가 금속을 통과하는 현상을 발견했다. 무늬의 크기나 배치를 바꾸면 통과되는 전파의 주파수 범위도 조절할 수 있다는 것도 확인했다. 사인 곡선 모양의 무늬를 이용해 전자기 유도 투과에 성공한 최초의 사례라고 연구팀은 밝혔다. 직사각형 속에 사인곡선 무늬를 만들어 놓으면 짧은 시간동안 전파가 무늬에 잡혀 있는데 이 때 에너지가 모이면서 금속 사이를 통과하게된다는 설명이다. 변영재 교수는 “평면에 새긴 무늬로 전파를 투과시킬 수 있는 투명망토 같은 메타물질을 만들 수도 있을 것”이라며 “사인곡선 무늬 형태와 크기에 따른 정확한 주파수 범위에 대해 연구를 진행 중”이라고 말했다. 　유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

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

■기획재정부 △부총리 정책보좌관 권동욱 ■보건복지부 △보건복지콜센터장 박석하△의료자원정책과장 이스란△공공의료과장 임혜성△구강생활건강과장 김기석△보건산업진흥과장 김주영△자립지원과장 김우기△기초의료보장과장 이경은△장애인정책과장 임을기△분석평가과장 조충현△요양보험제도과장 김혜선△질병관리본부 전략기획단(단장) 양종수△질병관리본부 위기대응총괄과장 홍정익△질병관리본부 예방접종관리과장 직무대리 공인식△질병관리본부 장기이식관리과장 이주현△국립정신건강센터 총무과장 이종상△국립춘천병원 서무과장 윤보영△국립소록도병원 서무과장 정종갑△국립목포병원 서무과장 김동민△오송생명과학단지지원센터 지원총괄팀장 오태욱△국립망향의동산관리원장 윤영득△건강증진과장 권병기 ■국토교통부 ◇인사교류△부산광역시 문석준 ■서울시 ◇1급 승진△도시교통본부장 윤준병△시의회사무처장 김경호◇2급 승진△시민소통기획관 서정협△창조경제기획관 김선순△복지본부장 장경환△한강사업본부장 황보연△도시기반시설본부장 고인석△재생정책기획관 강맹훈◇3급 승진△민생사법경찰단장 김용남△정책기획관 김태균△주거사업기획관 김성보△상수도사업본부 부본부장 정중곤 ■한국산업안전보건공단 △부산지역본부장 김병진△미래전략추진단장(서울지역본부장 겸임) 이충호△전북지사장 김도원△광주지역본부 전문기술위원실장 이인섭 ■한국국제협력단(KOICA) △다자협력인도지원실장 김병관△전략기획부장 김동호△월드프렌즈코리아(WFK)부장 김승범△경제사회개발부장 백숙희△해외운영안전실장 성춘기 ■한국철도기술연구원 △감사 오정환 ■사회보장정보원 △경영기획본부장 임창빈△정보개발본부장 조봉오△복지정보본부장 최명경△바우처관리본부장 최재항△바우처정보본부장 박병환 ■한국수입협회 △상근부회장 김현명 ■이화여대 △학사부총장 송덕수△대학원장 오정화△의학전문대학원장(의과대학장 겸임) 김경효△법학전문대학원장(법과대학장 겸임) 강동범△사회복지전문대학원장(사회복지대학원장 겸임) 정순둘△신학대학원장 정희성△정책과학대학원장 최대석△임상보건과학대학원장 권오란△인문과학대학장 박창원△사회과학대학장 최은봉△자연과학대학장 윤영대△사범대학장 성효현△건강과학대학장 김경숙△호크마교양대학장 김정선△글로벌미래평생교육원장 이인성△교무처장 서혁△기획처장 박선기△학생처장 정현미△입학처장 남궁곤△총무처장 조미숙△재무처장 이외숙△연구처장(산학협력단장 겸임) 오억수△국제교류처장 박인휘△대외협력처장 한종임△중앙도서관장 정연경△감사실장 오종근△교목 양현혜△건축본부장(의과대학) 강미선△교육혁신단장 송덕수△교육혁신센터장 정혜중△MOOC센터장 강영옥△이화학술원사무국장 권은미△박물관장 장남원△자연사박물관장 원용진△이화역사관장 함동주△국제하계대학원장 박인휘△이화미디어센터주간 차희원△출판문화원장 권은미△사회복지관장 정순둘△문화예술교육원장 이인성△기초과학연구소장 윤주영△디지털스토리텔링연구소장 류철균△다문화연구소장 박창원△양자메타물질연구센터소장 우정원△글로벌식품영양연구소장 박윤정△조직손상방어연구센터소장 이지희△이화CNRS 국제공동연구소장 우정원△이화·잭슨랩암면역치료법연구센터소장 이상혁△세포항상성연구센터소장 윤영대 ■서울여대 △교목실장 김기숙△교무처장 이병걸△학생처장(취업경력개발원장·장애학생지원센터장·사회봉사센터장 겸임) 김경원△사무처장 이윤선△기획처장 오승현△입학처장(입학사정단장 겸임) 한승준△산학협력단장(연구지원실장·창업보육센터장·창업교육센터장 겸임) 노용환△국제교류단장(외국인지원센터장 겸임) 정낙원△소프트웨어교육혁신센터장 김명숙 ■신한금융투자 ◇임원 신임 <그룹장직무대행>△경영기획그룹 신동철(전략기획본부장 겸직)<본부장직무대행>△경영관리본부 최문영◇부서장 신임 <부서장>△디지털전략부 박상용△PBS준비팀 임일우(에퀴티 스왑부장 겸직)

　국내 연구진이 물을 이용해 투명망토처럼 스텔스기능을 가진 메타물질을 개발했다. 　경기도는 7일 차세대융합기술원 박상윤 박사 연구팀이 한양대 이영백 교수팀과 공동연구, 물을 이용한 메타물질을 개발하는 데 성공했다고 밝혔다. 　메타물질(자연계에 존재하지 않는 새로운 광학특성을 가진 물질)은 전자기파의 파장보다 작은 크기로 설계된 메타원자로 이뤄진 물질로, 전자파와 음파의 흡수·반사를 임의로 조작할 수 있어 스텔스 기능이 가능하다. 　물체는 음파나 빛의 파동, 마이크로파 같은 파동이 표면에서 튕겨 나가면서 감지되며 우리가 사물을 볼 수 있는 것은 빛이 물체의 표면에서 반사돼 우리 눈에 들어오기 때문이다. 　기존에는 매우 얇은 두께의 구리테이프를 그물망 모양의 PC필름에 붙이거나 실리콘 고무 튜브 구조로 만드는 투명망토 기술이 개발됐다. 　그러나 박상윤 박사 연구팀은 기존의 금속 박막 형태의 메타물질과 달리 세계 최초로 물방울을 이용한 메타물질을 개발한 것으로, 물방울을 이용해 전자파를 완전히 흡수하고 형태를 제어할 수 있는 게 특징이다. 　연구팀은 물방울이 일정한 크기와 높이, 패턴에서 특정 주파수를 완전히 흡수하는 것을 발견했다. 이 성질을 이용해 특수도료 위에 특정한 패턴의 물방울을 뿌리면 전자기파를 흡수한다. 특히 군사목적의 레이더영역의 전자파를 넓은 주파수 영역에서 완전히 흡수해 군사용 목적의 스텔스 도료나 미래의 산업용 전자기파 차폐물질로 활용이 가능하다고 연구팀은 설명했다. 　박상윤 박사는 “금속 등 고체 형태의 메타물질은 형상을 바꾸지 못하고, 형상을 바꾸면 스텔스 기능이 훼손되지만 물을 이용한 메타물질은 자유롭게 모양을 제어할 수 있으며, 스프레이 형태로 뿌릴 수 있어 비용도 절감된다”면서 “군사목적 등 실용화를 위한 과제가 도입되면 3년 이내에 실용화도 가능하다”고 말했다. 김병철 기자 kbchul@seoul.co.kr

소설 해리포터 속 ‘투명망토’나 영화 할로우 맨 속 ‘투명인간’처럼 사람 자체를 보이지 않게 은폐시키는 기술은 아직 현실화되지 못했다. 하지만 적어도 언젠가는 그 실마리를 풀 수 있도록 도와줄 ‘투명물질’이 개발돼 학계의 관심이 집중되고 있다. 미국 과학전문매체 라이브 사이언스닷컴은 영국 케임브리지 대학 물리학과 연구진이 빛을 이용한 은폐물질 개발에 성공했다고 28일(현지시각) 보도했다. 눈에 보이지 않는 투명화 기술의 기초 원리는 ‘빛’에 숨겨져 있다. 사물을 반사시키고 흡수시키기도 하는 빛은 제어에 따라 특정 물체를 사람 눈에 전혀 띄지 않도록 작용시킬 수 있기 때문이다. 현재까지 연구로는 이 빛을 임의적으로 제어할 수 있는 것이 바로 메타 물질(Metamaterial)이다. 메타물질은 금속, 유전물질로 설계된 메타 원자(meta atom)의 주기 배열로 이뤄진 가상 물질로 파장보다 작은 크기가 특징이다. 자연에서 발견할 수 없는 가공의 성질을 인공적으로 설계해 만든 것으로 빛을 자유자재로 제어할 수 있다는 특징이 있다. 케임브리지 대학 연구진은 금 나노입자와 레이저 빛을 이용해 보다 발전된 메타물질을 만들어냈다. 연구진은 물속에 넣어져있는 금 나노입자에 다량의 레이저 빛을 바늘처럼 투영시키는 방식으로 마치 장난감 블록을 쌓듯 각 물질을 차례로 엮어냈다. 이후 호박모양의 나노입자로 안정된 분자구조를 유지시키는 쿠커비투릴(Cucurbituril)을 첨가한 뒤 여기에 각 입자들 사이로 전기가 통할 수 있도록 ‘인공 다리’를 구축했다. 그 이유는 연구진이 연구에 활용한 나노입자가 금속 내 자유전자가 집단으로 진동하는 유사입자인 플라스몬(plasmon)으로 구성돼있기 때문이다. 이는 전기장을 발생시키며 가시광선에서 근적외선 대역의 빛과 접촉하면 광흡수가 일어나는 성질을 가지고 있다. 초고속 레이저 빛을 쪼여 순식간에 수십억 개의 나노입자를 전기장으로 연결시키는 방식으로 탄생된 이 메타물질은 기존보다 더 큰 범위의 은폐 효과를 낼 수 있는 잠재성을 품고 있다. 연구진은 “이 물질은 기존 투명 효과를 보다 넓은 범위로 확대시킬 수 있는 가능성을 담고 있다”고 설명하는데 특히 마약, 폭발물 감지 또는 스텔스 응용 프로그램과 같은 군사기술 측면에서 큰 도움이 될 것으로 추정한다. 한편 이 연구결과는 국제학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications) 28일자에 발표됐다. 사진=포토리아/Ventsislav Valev/Cambridge University 조우상 기자 wscho@seoul.co.kr

‘투명 망토’의 기본 원리를 실현한 영국 임페리얼칼리지의 존 펜드리(70) 교수가 영국 물리학계 최고 영예인 ‘아이작 뉴턴 메달’을 수상했다. 1일(현지시간) 텔레그래프에 따르면 영국 물리학회의 피터 나이트 회장은 “개발이 기대되는 ‘투명 망토’의 메타물질 응용 장치에 대한 전세계적 관심을 불러일으켰다”며 펜드리 교수에게 상을 수여했다. 메타물질은 자연계에 존재하지 않는 성질을 가진 물질을 일컫는 말로, 펜드리 교수는 2006년 빛을 휘게 하는 메타물질을 이용해 분명히 존재하는 물질을 사람의 눈에 보이지 않게 만들 수 있다는 개념을 제시했다. 이후 전 세계 과학자들이 이 분야 연구에 뛰어들어 다양한 성과를 냈지만, 아직은 특정한 방향에서만 물체를 보이지 않게 만들 수 있는 정도에 그치고 있다. 올 들어 싱가포르의 난양기술대학 연구팀이 투명 망토를 만들어 금붕어와 작은 고양이가 사라지도록 한 것이 최근의 성과다. 펜드리 교수는 이날 BBC라디오에 출연해 “투명 망토는 ‘우리가 투명 망토를 만들 수만 있다면 무엇이든 할 수 있다’는 것을 세상에 알리는 위대한 도전”이라면서 “빛과 파장의 방사 현상을 전반적으로 세밀하게 조절할 수 있다는 가능성에 의미가 있다”고 말했다. 그는 이어 “투명 망토는 망토라기보다는 큰 차양에 가깝다”면서 “보안 기능은 물론이고 감시 기능도 있고 무엇보다 재미있을 것”이라고 설명했다. 그는 이어 아직은 너무 흥분할 필요는 없다고 어린이들에게 당부했다. 김민희 기자 haru@seoul.co.kr

영화 속 ‘해리포터’가 입는 투명 망토를 입을 날이 멀지 않은 것 같다. 미국 오스틴 텍사스주립대 연구진은 최근 “‘플라스몬 메타물질’로 18cm 원통 물체를 안보이게 만드는데 성공했다.”고 밝혔다. ’메타물질’은 이른바 투명망토를 실현시키는 핵심이 되는 회절률이 100%에 가까운 물질이다. 특히 이 메타물질이 감싸고 있는 물체에 빛이 닿으면 빛이 휘돌아 나가거나 마치 물체가 없는 것처럼 보이게 만든다. 텍사스 연구팀이 이번에 개발한 ‘플라스몬 메타물질’은 빛을 산란시켜 보는 각도에 상관없이 물체가 투명하게 보이게 하는 것이 특징으로 ‘메타물질’에 비해 진일보한 것으로 평가받고 있다. 그러나 아직까지 사람의 시각이 아닌 마이크로파에서만 가능하다는 점과 단지 18cm에 성공해 망토 크기의 한계는 뚜렷하다. 연구팀을 이끈 안드레아 알루 교수는 “현재의 기술력으로는 망토 크기를 줄이는데 한계가 있다.” 며 “이 기술을 다른 메타물질 기술과 결합시키면 5년 안에 플라스몬 투명망토가 등장할 수도 있을 것”이라고 밝혔다. 한편 이번 연구결과는 ‘뉴 저널 오브 피직스’(New Journal of Physics) 최신호에 게재됐다. 서울신문 나우뉴스부 nownews@seoul.co.kr