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적함에 감지되지 않는 스텔스 잠수함 만들어지나

물속에서 탐지되지 않는 메타물질 개발...군사용에서 층간소음 해결 까지 다양한 분야 활용 기대

대전 = 김상현 기자 ㅣ sisa411@sisajournal.com | 승인 2018.06.20(Wed) 17:02:38

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적 군함이나 잠수함에 들키지 않는 아군 어뢰나 잠수함을 만들 수 있다면 어떨까? 국내 연구진이 물속에서 탐지되지 않는 물질을 개발했다. 

 

한국표준과학연구원 안전측정센터 최원재 책임연구원과 광주과학기술원(GIST, 총장 문승현) 기계공학부 왕세명 교수팀은 음파의 진행을 조절할 수 있는 ‘음향양자결정(Phononic Crystal) 메타물질을 구현하고, 수중실험에 성공했다고 6월20일 밝혔다. 메타물질은 자연계에 없는 특성을 내기 위해 인공적으로 만든 물질을 뜻한다. 

 

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물속은 대기 중과 달리 전자파나 레이더가 닿지 않는다. 그렇기 때문에 음파를 쏜 후 반사된 파동으로 물체를 탐지한다. 이는 물질마다 가지고 있는 고유의 굴절률을 이용한 것이다. 이번에 연구팀은 물속에서 음파에 닿아도 반사하지 않고 투과하는 '굴절률 0'의 물질을 개발한 것. 굴절률이 0라면 음파가 이 물질을 통과할 때 아무것도 없는 물속을 통과할 때와 동일한 파동을 나타낸다는 뜻이다. 연구팀은 여기서 그치지 않고 파동을 원하는 방향으로 제어도 가능해 다양한 분야에 적용이 가능할 것으로 기대하고 있다. 

 

그동안 음파를 반사하지 않는 굴절률 제로 물질은 불가능하다고 여겨져 왔다. 수중에서 스텔스 효과를 내기 위해서는 물질이 물보다 음향의 전달속도가 느려야만 한다는 가설 때문이다. 

 

연구팀은 이 가설을 보기 좋게 뒤집었다. 물보다 전달속도가 세 배 이상 빠른 구리를 규칙적으로 배치해 제로 굴절률을 구현했다. 또한, 연구팀은 이 ‘빠른 물질 가설’이 기존 가설과 정반대의 개념이 아니라, 결정구조의 대칭성으로 연결할 수 있다는 사실도 밝혔다. 향후 제로 굴절률 연구의 이론적 토대를 마련했다는 평가를 받는다.

 

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KRISS 최원재 책임연구원은 “잠수함 표면을 메타물질로 설계한다면 음파탐지시스템으로 절대 관측되지 않는 스텔스 잠수함을 만들 수 있다”고 밝혔다. GIST 왕세명 교수는 “음향을 원하는 방향으로 제어할 수 있어 기계 및 의학 산업은 물론 건축현장에서 층간소음의 근본적인 문제 해결에도 적용할 수 있을 것”이라고 기대했다.​ 

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