노후된 구조물 균열 한 번에 찾는 '메타물질' 개발… 여러 활용 기대

기계연·서울대 연구진 공동개발

권민우 기계연 선임연구원이 메타물질을 활용한 결함 검사를 진행하고 있다. 기계연 제공

국내 연구진이 노후된 건물이나 다리 등 구조물에서 발생한 균열을 한 번에 찾을 수 있도록 초음파를 생성하는 메타물질을 개발했다. 구조물에 물리적 손상을 주지 않는 비파괴 검사를 비롯해 의료용 초음파 기술에도 활용될 것으로 기대를 모은다.

14일 한국기계연구원(이하 기계연)에 따르면 나노융합장비연구부 나노디스플레이연구실 권민우 선임연구원 연구팀과 서울대 기계공학부 김윤영 석좌교수 연구팀은 구조물의 결함을 한 번에 발견할 수 있는 원형 편광 초음파를 생성하는 메타물질을 개발했다.

이 메타물질은 대면적의 알루미늄 금속에 연속으로 구성을 낸 형태로 제작됐다. 연구팀은 구멍 모양과 간격을 조절해 직선 형태의 초음파를 메타물질에 통과시켜 원형 진동 초음파로 전환시켰다.

연구팀은 이 메타물질을 활용해 원형 초음파를 세계 최초로 생성하는 데 성공했다. 최소 2번 이상 검사가 필요한 기존 비파괴 검사와 달리 단 한 번으로 12배 높은 정확도로 검사가 가능해 시간과 비용을 아낄 수 있다.

실제 제작된 메타물질(왼쪽)과 직선형 초음파가 메타물질을 통과해 변환되는 시뮬레이션 개념도.

권민우 기계연 선임연구원은 "기존 초음파 검사 기술의 결함탐지 성능 수준을 높일 수 있는 신개념 기술"이라며 "향후 영상진단에 활용될 뿐만 아니라 디스플레이나 약물의 미세입자 제어 등 산업용 비파괴 검사를 넘어 의료용 초음파 기술의 패러다임을 바꿀 것"이라고 말했다.

한편 이번 연구 성과는 '네이처 커뮤니케이션'지 2월 12일 자에 게재됐다. 임효인 기자