음파 투과하는 '유령 잠수함' 나올까…메타물질 개발

음파 투과하는 '유령 잠수함' 나올까…메타물질 개발
"음향 굴절률 제어해 탐지 안 돼"…표준과학연·GIST 성과



(대전=연합뉴스) 이재림 기자 = 물속에 있는 물체는 음파를 쏜 다음 반사된 파동으로 탐지한다.
수중에선 전자파나 레이더가 닿지 않아서다.
그러나 음파를 그대로 투과해 마치 그 자리에 없는 것처럼 만드는 물질이 국내 연구진의 손에서 개발됐다.
한국표준과학연구원(KRISS)은 최원재 안전측정센터 책임연구원과 왕세명 광주과학기술원(GIST) 기계공학부 교수팀이 제로 굴절률의 메타물질을 구현하고 수중실험에 성공했다고 20일 밝혔다.


자연계에 없는 특성을 가진 메타물질은 학계 높은 관심을 받는다.
메타물질을 활용한 가장 대표적인 기술은 투명망토다. 원래 양(+)의 방향으로 굴절되는 빛을 극단적으로 제어하고, 음(-) 또는 제로(0) 굴절률까지 구현한 게 핵심이다.
빛뿐만 아니라 소리의 영역도 마찬가지다.
음향 굴절률을 제로로 제어한다면 물속에서 스텔스(음파 탐지를 어렵게 하는 기술) 효과를 볼 수 있다는 뜻이다.


KRISS와 GIST 연구팀은 물보다 전달속도가 3배 이상 빠른 구리를 규칙적으로 배치하는 방식으로 제로 굴절률의 음향양자 결정(Phononic Crystal) 메타물질을 만들었다.
제로 굴절률 메타물질에 음파를 쏘면, 그냥 통과하기 직전과 똑같은 위상의 파동이 물질 끝단에서 나오는 게 핵심 원리다.
파동의 끊김이나 왜곡 없이 계속 진행되는 것처럼 보이는 이유다.


아울러 메타물질 끝단 형태에 따라 음파를 모을 수도, 퍼져 나가게 할 수도 있다고 연구팀은 설명했다.
KRISS 최원재 책임연구원은 "잠수함 표면을 메타물질로 설계한다면 현재의 음파탐지시스템으로는 관측 불가능한 스텔스 기능을 갖추게 될 것"이라고 말했다.


GIST 왕세명 교수는 "음향을 원하는 방향으로 제어할 수 있어서 응용 분야가 넓다"며 "층간소음 해결을 위한 근본적인 방안이 될 수도 있을 것"이라고 덧붙였다.
연구팀의 이른바 '빠른 물질 가설'은 소리 전달속도가 느린 물질을 물속에 배치해야 제로 굴절률을 가질 것이라는 기존 '느린 물질 가설'을 뒤집는 결과다.
KRISS 관계자는 "앞으로 제로 굴절률 연구의 이론적 토대가 마련된 것으로 볼 수 있다"고 강조했다.
연구는 국가과학기술연구회 창의형 융합연구사업 지원으로 수행했다.
성과를 담은 논문은 지난달 사이언티픽 리포트(Scientific Reports)에 실렸다.
walden@yna.co.kr
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