'인공구조물 이용 무전원 음향신호 증폭기술' 개발

기계연구원 "소리 10배 증폭…초음파·의료기기 등에 활용"

인공구조물을 활용해 음파를 10배까지 증폭시켜송·수신할 수 있는 기술이 개발됐다.

한국기계연구원은 나노자연모사연구실 송경준·허신 박사팀이 부경대 기계공학과 김제도 교수팀과 함께 지그재그 형태의 인공구조물을 통해 음파 경로를 제어함으로써 해당 구조물을 통과하는 음향 신호를 무전원으로 최대 10배까지 증폭시키는 데성공했다고 2일 밝혔다.

연구팀은 이 기술을 초음파·의료기기·비파괴검사는 물론 플랜트 안전진단 분야와 수중통신 분야에 적극 활용할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

연구진은 소리의 파장보다 작은 초소형 인공구조물을 지그재그 형상으로 설계하고 외부 음파 신호가 이 구조물을 통해 센서에 전달되도록 했다.

이렇게 하면 구조물을 통과하는 음파의 진행 경로가 증가해 공기나 물 등 신호를 전달하는 자연계 매질이 갖고 있지 않은 고 굴절률과 고 임피던스(매질 내 속도와 음압 사이의 비율) 특성이 나타나게 된다.

고 굴절률과 고 임피던스를 동시에 구현하면 음파의 진행속도를 줄여 소리를 작은 공간에 집중시킬 수 있기 때문에 음압(音壓) 증폭이 가능하다.

연구진은 이를 통해 별도의 전원 없이 인공구조물만 활용한 음압 증폭을 통해기존의 음향 시스템의 송·수신 감도를 10배 향상시키고, 기존에 감지가 불가능했던미세한 신호까지 감지하는 데 성공했다고 설명했다.

또 인공구조물의 형상을 변화시켜 신호의 증폭률과 공진주파수도 자유자재로 조절할 수 있을 뿐 아니라 인공구조물이 신호 파장의 10분의 1인 구조물을 기반으로제작되기 때문에 초음파 등 파장이 극히 짧은 송수신 시스템에는 기기 장치의 초소형화가 가능하다.

송경준 박사는 "이 기술은 송수신 신호 파장의 10분의 1인 구조물을 기반으로제작돼 기존 음향기술인 '헬름홀츠 공명기'가 가졌던 크기의 한계를 소리의 파장보다 작은 구조물로 구현, 극복했다는 점에서 큰 의미가 있다"고 말했다.

미래창조과학부 글로벌프론티어사업 '파동에너지극한제어연구단(단장 이학주)'의 지원을 받아 개발된 이 기술은 네이처 자매지인 '사이언티픽 리포트' 2014년 12월 11일자에 게재됐다.

sw21@yna.co.kr(끝)<저 작 권 자(c)연 합 뉴 스. 무 단 전 재-재 배 포 금 지.>