[과학을읽다]아이언맨 홀로그램 원천기술, 한국에 있다

국내 메타물질 개발 및 기초연구 활발

영화 아이언맨에 등장하는 인공지능인 자비스(Jarvis)

[아시아경제 김봉수 기자] 국내에서도 메타물질 개발을 위한 연구가 활발하다. 기존 물질이나 기술로는 한계가 명확한 상황에서 신소재를 개발해 퀀텀 점프(대약진)를 이루려는 시도다.

메타물질과 액정 기술을 결합한 홀로그램 인터랙티브 개념도.

영화 ‘아이언맨’의 홀로그램 인터랙티브 기술을 실제 구현할 수 있는 원천 기술이 대표적이다. 노준석 포항공대 기계공학과 교수 등은 지난해 11월 메타물질에 액정기술을 접목, 외부 자극에 빠르게 반응해 이미지를 바꿀 수 있는 초소형 홀로그램 장치를 개발했다. 온도나 터치에 모두 반응해 홀로그램 이미지를 바꿀 수 있고 450~700㎚의 파장을 갖는 가시광선 영역에서 매우 선명한 홀로그램 이미지를 생성할 수 있다. 고화질 홀로그래픽 비디오 재생 광학소자, 온도감응형 홀로그램 센서, 미래형 인터랙티브ㆍ햅틱 홀로그램 기술을 앞당길 실마리가 될 것으로 기대된다.

노 교수는 또 기존 렌즈의 1만분의 1 두께인 초박막 광학렌즈를 메타물질로 제조하는 데 성공했다. 평범한 렌즈 위에 도포하면 초고성능 복합굴절렌즈 역할을 할 수 있다. ‘카툭튀(스마트폰에 돌출된 카메라)’ 현상을 해결하고 가상현실(VR)ㆍ웨어러블 컴퓨팅 등에 활용될 수 있는 기술로 주목받고 있다.

노준석 포항공대 교수.

영화 ‘해리 포터’에 나오는 ‘투명망토’의 원천 기술도 이미 개발돼 있다. 2017년 박남규 서울대 교수팀은 메타물질의 여러 가지 핵심 성질(물성)들을 분리해 제어하고, 또 이를 자유롭게 원하는 값으로 조절할 수 있는 핵심이론을 최초로 제안하고 실험에 성공했다. 메타물질의 다양한 응용을 위해서는 특이 물성을 원하는 값으로 자유롭게 분리 및 제어할 수 있는 핵심기술이 필요한데 10여년간 미해결 과제였다. 이에 앞서 2014년 김경식 연세대 교수팀은 접거나 구부리는 변형에도 불구하고 굴절률의 분포가 자동적으로 은폐 성능에 맞게 변형되는 스마트 메타물질을 만드는 데 성공했다. 연구팀은 실리콘 고무 같이 위에서 강하게 눌렀을 때 옆으로 뚱뚱해지는 것이 아니라 오히려 홀쭉해지는 자연에 존재하지 않는 특이한 메타물질을 고안해냈다.

해리포터 '투명망토' 현실화 [사진=SBS 뉴스 캡쳐]

흐르는 물이나 바람으로부터 숨을 수 있는 메타물질이 개발되기도 했다. 송영석 단국대 교수 등 연구팀은 공기나 물의 저항에서 자유로워질 수 있는 메타물질을 개발했다. 자동차에 응용될 경우 마치 진공을 주행하는 것처럼 고속으로 달릴 수 있고 건물에 응용될 경우 바람이나 파도가 우회하도록 할 수 있다. 기존에도 이론은 있었지만 실제 실험적으로 항력이 ‘0’이 되는(drag-free) 공간을 구현한 것은 송 교수팀이 처음이다.

한국기계연구원에서 개발한 적외선 분광분석 검출 신호를 100배 이상 키울 수 있는 메타물질도 있다. 표면에 빛 파장보다 길이가 짧은 초미세구조가 배열된 특수 기능성 물질을 설계해 분자가 흡수하는 빛의 세기를 늘려준다. 한국과학기술연구원은 메타물질을 활용해 미세 플라스틱이나 생체고분자 등 수십~수백㎚ 크기의 미세 물질을 포착해 실시간 정량ㆍ정성 분석이 가능한 나노-광 핀셋을 개발하기도 했다.