기계연구원, 전기없이 '소리 10배' 키운다

무전원 음향신호 증폭기술 개발…수중통신 분야 활용

인공구조물을 활용해 음파를 최대 10배 증폭시키는 기술이 개발됐다.

향후 초음파나 의료기기, 비파괴검사 등 다양한 분야의 활용이 기대된다.

한국기계연구원 나노자연모사연구실 송경준·허준 박사팀은 지그재그 형태의 인공구조물로 음파 경로를 제어, 음향신호를 전기 없이 최대 10배까지 늘리는데 성공했다고 2일 밝혔다.<사진>

연구진은 소리의 파장보다 작은 초소형 인공구조물을 지그재그 형상으로 설계해 외부 음파신호가 인공구조물을 통해 센서에 전달되게 했다.

이 경우 음파의 진행 경로가 증가돼 기존 공기나 물 등 신호를 전달하는 자연계 물질이 갖지 못하는 높은 굴절률 및 높은 임피던스의 특성이 나타나고, 이를 동시에 구현하면 음파의 진행 속도를 줄여 소리를 작은 공간에 집중시킬 수 있어 음압 증폭이 가능한 원리다.

전기 없이 인공구조물만 활용해 음압을 증가시켜 기존 음향 시스템의 송·수신 감도를 최대 10배 향상시킬 수 있다.

또 기존에 감지가 어려웠던 미세한 신호까지 감지할 수 있게 됐다.

이는 인공구조물의 형상을 변화시켜 신호의 증폭률과 공진주파수도 조절이 가능하다. 특히 인공구조물이 신호 파장의 10분의 1인 구조물을 기반으로 제작되기 때문에 초음파 등 파장이 짧은 송수신 시스템에 기기장치의 초소형화도 기대된다.

송 박사는 “기존 음향기술인 헬름홀츠 공명기의 한계를 소리의 파장보다 작은 구조물로 구현해 향후 초음파 등 의료기기 뿐 아니라 플랜트 안전진단과 수중통신 분야에도 활용할 수 있을 것”이라고 말했다. 한편 이번 연구결과는 사이언티픽 리포트 2014년 12월 11일자에 게재됐다.

이영록 기자 idolnamba2002@