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음파 그대로 통과… ‘3D 음향투명망토’ 탄생

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2018년 06월 08일 11:27 프린트하기

중국 연구진, 팔각뿔 형태로 개발… 바닷속 스텔스 잠수함에 활용 가능

 

우리는 물체에 반사된 빛으로 물체를 본다. 어떤 물체가 빛을 반사시키지 않고 투과시키면 투명하게 보인다. 이는 투명망토의 원리이기도 하다. 빛이 들지 않는 깜깜한 물속에서는 초음파 같은 음파를 쏜 뒤 반사돼 돌아오는 소리를 통해 물체를 감지한다.

 

이런 가운데 최근 중국 연구진이 어떤 음파도 반사시키지 않는 특수 피라미드 구조체를 개발했다. 이 구조체를 덮으면 음파가 마치 텅 빈 공간을 지나가는 것처럼 변형된다. 향후 깊은 바닷속 스텔스 잠수함 등에 활용할 수 있을 것으로 전망된다.

 

수중 은폐물 ‘음향투명망토’. 하부에 보이는 빈 공간에 숨긴 물체는 수중에서 음파로 탐지할 수 없다. 아래 사진은 기술 실증용으로 제작한 모델이다. 중국과학원 제공
수중 은폐물 ‘음향투명망토’. 하부에 보이는 빈 공간에 숨긴 물체는 수중에서 음파로 탐지할 수 없다. 아래 사진은 기술 실증용으로 제작한 모델이다. 중국과학원 제공

양쥔 중국과학원(CAS) 음향학연구소 교수 팀은 이런 내용을 담은 연구 결과를 국제학술지 ‘어플라이드 피직스 레터스’ 6월 1일자에 발표했다. 연구진은 금속 메타물질로 만든 이 피라미드 구조체를 ‘음향투명망토(UACC)’라고 명명했다. 메타물질은 자연계에 존재하지 않는 특성을 구현하기 위해 인공적으로 설계한 물질이다. 연구진은 지난해 2차원 구조의 음향투명망토를 개발한 데 이어 이번에 3차원(3D) 구조로 구현하는 데 성공했다.

 

3D 음향투명망토는 사면체 8개를 이어 붙인 팔각뿔 형태다. 너비는 1m, 높이는 0.6m 규모다. 각각의 사면체 하나당 92개의 직사각형 철 조각이 격자를 이루며 층층이 쌓인 형태다. 전체는 총 736개의 철 조각으로 이뤄져 있다. 이 조각들은 모두 살짝 고정돼 있을 뿐 물이 자유자재로 드나들 수 있도록 설계됐기 때문에 음파의 진동에 거의 영향을 주지 않는다.  

 

연구진이 수조에서 실험한 결과, 음향투명망토 바닥의 중심부 작은 빈 공간에 물체를 넣은 뒤 음파를 쏘면 어떤 방향에서 음파가 와도 음향투명망토에는 반사되지 않았다. 즉, 수조 바닥에 아무것도 놓여 있지 않을 때와 동일한 패턴으로 음파가 돌아왔다. 양 교수는 “다양한 각도에서 빈 공간과 구조체에 음파(가우시안 펄스)를 보낸 뒤, 음파의 방향이 어떻게 바뀌는지 분석해 이런 구조를 설계했다. 공명 현상을 활용해 음파가 마치 빈 공간을 지나갈 때처럼 진행하도록 해 준다”고 말했다. 또 “향후에는 소재를 가볍게 만들어 실용화할 수 있도록 발전시킬 계획”이라고 밝혔다.

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