[잡포스트/대학] 홍승표 기자 = 중앙대학교는 전자전기공학부 임성준 교수 연구팀이 4D 프린팅 기술을 이용해 스스로 형상을 바꿀 수 있는 형상기억 메타물질 개발에 성공했다고 19일 밝혔다.
메타물질은 자연계의 물질로 얻을 수 없는 특이한 현상을 구조적 설계를 통해 인위적으로 만든 구조체를 의미하며 인공적으로 만든 새로운 물질, 대안물질이란 뜻을 담고 있다.
기존에는 각 단위 구조의 위상을 가공해 입사되는 전자기파 신호를 반사·투과·흡수하거나 특정한 방향으로 반사·투과시키는 목적으로 메타물질을 사용했다.
중앙대에 따르면, 임성준 교수 연구팀이 거둔 이번 연구성과의 특징은 기존 메타물질과 차별화되는 독창적인 구조를 개발했다는 데 있다.
전기적으로 위상을 가변시키는 기존 방식과 달리 구조를 변형함으로써 입사되는 전자기파 신호의 반사 각도를 가변할 뿐만 아니라 전자기파 신호를 양방향으로 분리시키는 데 성공했다.
임 교수 연구팀은 구조의 형상을 기억하고 기억된 형상을 다시 회복시킬 수 있는 과정을 프로그래밍함으로써 형상기억을 통해 2가지 전자기파 기능 달성이 가능한 메타물질을 구현했다.
이와 함께, 모든 과정을 3D 프린팅과 잉크젯 프린팅으로 제작하면서 최초의 4D 프린팅 메타물질 발표라는 업적도 달성했다.
연구팀은 2가지 형상으로 변환되는 힘을 최소화하고자 접은 종이를 절단해 여러 가지 모양을 만드는 종이접기 기법인 '기리가미 기법'을 이용했다. 또, 열을 이용해 메타물질이 스스로 형상을 바꿀 수 있도록 했다.
개발된 형상 기억 메타물질은 닫힌 형상일 때와 열린 형상일 때 각각 다르게 작동한다.
임성준 교수는 "닫힌 형상에서는 수직 입사된 선형 편파 신호를 +30도 방향으로 좌선회 원형편파로 반사시키거나, -30도 방향으로 우선회 원형편파로 반사시킬 수 있다"고 전했다.
이어 "열린 형상에서는 수직 입사된 선형 편파 신호를 +14도와 –47도로 분리시켜 양방향으로 좌선회 원형편파로 반사시키거나 –14도와 +47도로 분리시켜 양방향으로 우선회 원형편파로 반사시킬 수 있다"고 덧붙였다.
입사되는 전자기파 신호를 원하는 특성을 가진 신호로 제어할 수 있는 특징을 지닌 형상 기억 메타물질은 차세대 레이더·스텔스 기술로 활용이 가능하다. 또, 차세대 5G·6G 무선 통신 기술 중 하나인 지능형 반사체에 개발된 기계적 형상 가변 메타물질에 활용될 것으로 기대된다.
한편, 연구성과는 한국연구재단 중견연구자지원사업의 결과물로 전파·광파 분야 저명한 국제학술지 '어드밴스드 옵티컬 머티리얼스(Advanced Optical Materials)' 10월 4일 온라인 판에 게재됐으며 표지논문으로도 선정됐다.
상세 내용은 '기계적으로 스스로 형상을 바꿀 수 있는 공간 변조 방식의 빔 방향 조정 및 분리 가능 메타표면(Mechanical and Self-Deformable Spatial Modulation Beam Steering and Splitting Metasurface)' 논문에서 확인이 가능하다.
박상규 중앙대학교 총장은 "이번에 개발된 형상 기억 메타물질은 미래 국방력의 초석을 다질 수 있는 첨단 스텔스 신기술일 뿐만 아니라 6G 무선통신의 성능을 개선할 수 있는 핵심 기술"이라며 "이번 연구성과가 미래형 스텔스 플랫폼과 차세대 이동통신 기술에 사용될 것을 기대하며, 더 발전된 연구성과가 나올 수 있도록 지원을 아끼지 않겠다"고 밝혔다.
