국내 연구진이 물속에서 음파를 반사하지 않고 투과시키는 물질을 개발했다. 마치 물체가 존재하지 않는 것과 같은 효과를 낼 수 있어 수중 스텔스의 핵심기술이 될 것으로 기대된다.

최원재 한국표준과학연구원(KRISS) 안전측정센터 책임연구원과 왕세명 광주과학기술원(GIST) 기계공학부 교수 연구진은 물속에서 음파를 반사하지 않고 투과시키는 ‘메타물질’을 개발했다고 20일 발표했다. 메타물질은 자연계에는 없는 특성을 가진 물질로 투명망토 제작에 활용할 수 있다. 투명망토는 원래 양(+)의 방향으로 굴절되는 빛을 제어해 음(-)이나 제로(0) 굴절률까지 구현한 기술이다.

소리의 영역도 마찬가지다. 빛의 굴절을 제어하여 망토가 투명해졌듯이, 음향의 굴절률을 제로로 제어한다면 음파로 탐지하는 수중에서 투명망토와 같은 스텔스 효과를 낼 수 있다. 이번에 개발된 메타물질은 음파를 투과할뿐 아니라 원하는 방향으로 바꿀 수 있어 군사, 기계, 의학 등 다양한 분야에서 사용될 수 있다. 그동안 수중에서 소리의 굴절률을 0으로 하는 상황은 컴퓨터를 이용한 시뮬레이션 실험으로만 보고 됐다. 물속에 있는 물질이 물보다 음향 전달속도가 느려야만 굴절률을 조절할 수 있다는 가설 때문이다. 이 가설대로 하면 공기처럼 소리 전달속도가 느린 물질을 물속에 넣어야 하는데 현실적으로 불가능하다.

연구진은 이런 ‘느린 물질 가설’을 뒤집는 결과를 제시했다. 발상을 바꿔 오히려 물보다 전달속도가 세 배 이상 빠른 구리를 규칙적으로 배치해 제로 굴절률의 메타물질을 구현했다. 제로 굴절률인 메타물질에 음파를 쏘면 물질 끝단에서 통과하기 직전과 동일한 위상의 파동이 나온다. 파동의 끊김이나 왜곡 없이 계속 진행되는 것처럼 보이는 이유다. 메타물질 끝 부분 형태에 따라 음파를 모을 수도, 퍼져 나가게 할 수도 있다.

최 책임연구원은 “잠수함 표면을 메타물질로 설계한다면 음파탐지시스템으로 결코 관측되지 않는 스텔스 잠수함을 만들 수 있다”고 말했다. 왕 교수는 “음향을 원하는 방향으로 제어할 수 있어 기계, 의학은 물론 건물의 층간소음의 근본 문제를 해결하는데 활용될 수 있을 것”이라고 했다.

박근태 기자 kunta@hankyung.com