[파동에너지 제어기술 연구단]꿈을 현실로 바꾸는 신소재 산업의 중심 메카

자연계 존재하지 않는 '메타물질' 기존 산업 패러다임 전환 기계·에너지·바이오·의료 등 융합… 실용화 기술개발 박차

●[과학의날특집]미래를 여는 창조경제 우리가 주역-극한물성시스템 구현 파동에너지 제어기술 연구단

지난해 11월 박근혜 대통령 영국 국빈 방문기간에 열렸던 '한·영 창조경제·미래과학포럼'에서 영국의 대표기술로 극한물성시스템(메타물질)이 시현됐다.

메타물질은 인간의 엔지니어링에 의해 창조된 신물질을 지칭, 그리스어인 메타(Meta)는 영어로는 'beyond'라고 번역돼 '기존 관념의 틀을 벗어나는'이라는 뜻을 갖고 있다. 이 물질은 영화에서만 볼 수 있었던 '투명망토'까지 만들 수 있는 '꿈을 현실로 바꾸는 획기적인 기술'로 설계, 측정, 제조 플랫폼 구축시 기존 산업의 패러다임을 전환시켜 고부가가치 산업구조로 혁신이 가능하다.

이런 의미에서 메타물질은 박근혜 정부의 핵심 국정기조인 '창조경제'에 가장 적합한 핵심 원천기술로 주목받고 있다. 또한 지난 20년간의 나노기술에 의한 신산업의 주도권 확보 경쟁시대를 지나 극한물성을 구현할 수 있는 기술확보가 세계적 이슈로 부상하고 있다. 한국기계연구원 극한물성시스템 구현 파동에너지 제어기술 연구단(단장 이학주)은 '파동에너지를 극대로 활용하는 미래 행복도시 구현을 위한 인에이블링(enabling) 플랫폼 기술 구현'이라는 비전아래, 파동에너지의 창조산업에 박차를 가하고 있다.

▲창조경제의 성공적인 구현을 위한 핵심 기술, 메타기술=정부가 스텔스 기능을 갖춘 F-35A를 차기 전투기로 확정했다. 스텔스는 적의 레이더가 아군을 발견하지 못하게 하는 기술이다. 스텔스 기능을 가진 군용기는 적의 레이더에서 비둘기만한 작은 새처럼 보인다. 학계에서는 레이더에 흔적을 남기지 않는 스텔스기가 등장할 것으로 내다보고 있다. 이것을 가능한 것은 자연계에 존재하지 않는 새로운 인공 물질인 '메타물질(Meta material)'이다.

메타물질은 특정한 원자나 분자로 이루어진 자연계의 물질과는 달리, 인위적인 단위구조체(인공원자)로 구성된 물질을 의미한다. 메타물질 개념은 1968년 러시아 물리학자 베셀라고 교수에 의해 이론적으로 처음 제안된 후, 2000년 미국 스미스 교수와 영국 펜드리 교수가 음의 굴절률 매질의 제작 실험에 성공함에 따라 본격적으로 학계에서 주목을 받게 됐다.

특히 2006년 마이크로파에 대해 투명망토 현상을 구현한 결과가 사이언스에 게재된 후, 세계적인 이목을 받고 있다. 2010년 '21세기 중대 과학적 성취 10'에 투명망토의 소재인 메타물질을 물리학 부문의 최대 연구 성과로 선정됐다.

국내에서는 2007년에 이어 2009년 '선정 주목할 기술'로 선정된 것을 비롯해 지난해 KISTI는 '미래기술 500선' 창의적 융합 사회를 위한 미래기술 메가트렌드로 메타물질 기술을 포함해 메타물질의 중요성이 날로 부각되고 있다.

▲메타물질 창조산업의 주역, 기계연 파동에너지 제어기술 연구단=한국기계연구원 극한물질시스템 구현 파동에너지제어기술 연구단은 메타물질의 산업화를 위한 저가 제조의 핵심인 3차원 나노복합소재의 패턴닝, 전사, 측정분야에 대한 연구성과와 기술력을 보유하고 있다.

연구단은 음파, 광파, 탄성파 등 파동에너지 기술과 나노에서 대형 기계시스템(함정, 풍력발전, 원자력플랜트 및 재해, 재난기술, 인공위성 발사체 등)까지 제조·응용기술을 보유한 유일한 연구기관이라는 점에서 국내 최고를 넘어 세계 최고의 메타물질 구현할 수 있는 기술확보에 확신을 가지고 있다.

연구단은 기계·ICT·에너지·바이오·의료 간 융합을 통한 실용화기술개발을 위해, 극한물성시스템 플랫폼기술을 제1 핵심과제로, 파동의 물리적 특성에 따라 전자기 파동에너지 제어기술, 역학 파동에너지 제어기술을 각각 제2·제3 핵심과제로 구성할 방침이다.

우선 제1 핵심과제(극한물성시스템 플랫폼 및 응용기술)로 전자기·역학 파동에너지 제어기반 극한물성시스템을 구현하기 위한 대량·대면적 제조, 성능 측정 평가 플랫폼 기술을 구축, 기계, ICT, 에너지, 바이오·의료 분야와 융합된 복합 극한물성시스템을 구현하기 위한 융합기술을 개발할 계획이다.

제2 핵심과제(전자기 파동에너지 제어기술)는 기존에 발표된 메타물질의 극한물성을 전영역(물성값영역, 적용파장대역, 비등방영역, 저차원영역 등)확장을 비롯해 물성을 전기, 열, 혹은 제어파동을 통해 실시간적으로 제어·변화시킬 수 있는 연구, 지능형 (전영역+가변형) 메타물질에서 확보되는 대폭 확장된 기능성이 적용될 수 있는 혁신적 응용기술들을 탐색하는 연구를 진행할 예정이다.

제3 핵심과제(역학 파동에너지 제어기술)는 탄성·음향·열 등의 역학 파동에너지를 극한물성 물질을 통해 제어하고자 하는 연구로, 각 분야에 대한 전문적이고 총체적인 연구를 수행함과 동시에 각 세부과제 간 연구협력을 통한 광범위한 연구를 수행할 방침이다.

▲경제적 파급효과 150조원, 일자리창출 10만개, 국가행복지수 순위 5위=연구단은 극한물성시스템의 구현을 위한 전자기·역학 파동에너지 제어 원천기술을 개발하고 소재·소자·시스템 플랫폼을 구축, 미래융합기술 개발에 혁신적 돌파구를 제공하겠다는 최종 목표를 제시하고 있다.

또 빅데이터 처리를 위한 초당 테라비트급 광연산, 스마트 안테나 소비전력 및 사이즈 100배 감소, 음향방진(스텔스 10배 향상), 초고해상도 의료진단을 위한 이미징(센서 감도 100배 향상) 등을 최종 성능 목표로 내세우고 있다.

연구단은 6T(NT·IT·ET·BT·CT·ST)와 융합, 10년 후 경제적 파급효과 150조원, 일자리 창출 10만개, 국가행복지수 순위 5위 등으로 내다보고 있다. 질병조기 진단을 통한 건강한 사회 실현 및 스텔스 기능을 통한 국방분야 투자 효율성 제고 등이 가능하다고 설명했다.

배문숙 기자