빛 굴절률로 누진-콘택트렌즈 적용 가능성
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| ▲ 투명인간에 대한 영화였던 할로우맨의 한장면. 광학 메타물질의 개발으로 상상 속에서만 존재했던 투명인간을 볼 날이 머지 않았다. |
SF영화나 만화영화 등에서 홀연히 사라지는 생명체나 전투기 등이 등장한다. 영화 해리포터에서 또한 두르면 내 몸을 감출 수 있는 투명망토가 나타나 많은 어린이들의 호기심을 사로잡기도 했다. 한 영국의 저명한 과학잡지에서는 ‘2039년 현실이 될 기술 10가지 중 하나’로 메타물질을 이용해 만드는 투명망토를 꼽기도 할 만큼 투명화되는 것에 대한 갈망을 보이고 있다. 이러한 미래나 상상에서만 가능한 이야기가 현실로 한걸음 다가오고 있다.
국가과학기술정보센터에 따르면 메타물질은 자연에는 존재하지 않는, 개발자가 인위적으로 만들어낸 물질들을 통틀어 말하는 것으로 설명하고 있다. 원자나 분자 등의 입자로 구성된 물질과 달리 금속이나 유전체 등으로 이루어지며 물리법칙을 위반하는 특성을 가지고 있다.
미국 스코틀랜드 세인트 앤드루대학 연구진 역시 지난 해 말 ‘뉴저널오브파직스’ 저널에 발표한 논문을 통해 새로운 형태의 물질 ‘메타 플렉스’를 개발하는데 성공해 투명망토의 현실화를 가능하게 했다.
그동안 빛을 조작해 물체를 가리거나 휘게 할 수 있는 ‘스마트 물질’은 이론적인 연구로 많이 진행됐지만, 투명 옷의 가능성을 높이는 실질적인 물질을 개발해낸 것은 이번이 처음이다.
이 광학 메타물질의 원리는 다음과 같다.
빛을 포함한 전자기파가 한 물질에서 다른 물질로 통과하면서 구부러질 때 굴절이 일어난다. 사람은 이를 눈으로 인지할 수 있다. 물질은 제각기 자신만의 굴절률을 가지고 있으며, 굴절률에 따라 특정 물질에서 빛이 얼마나 많이 구부러질 것인지와 물질을 통과할 때 빛의 속도가 얼마나 많이 느려지는지가 결정된다. 천연물질은 보통 1이상의 굴절률을 가지고 있으나 메타물질은 이와 반대로 굴절률이 0에서 1까지 변화하도록 설계되었기 때문이다.
이러한 메타 물질의 개발은 다양한 기술의 응용 가능성을 보여주고 있다.
국가과학기술정보센터에서는 이를 투명망토를 사용한 군사작전용, 가려진 사물들을 투영 할 수 있다는 가정으로 환부를 수술할 때 시야를 확보할 수 있는 의료영상기기용, 지저분한 물체를 보이지 않게 하는 미관정비용 등 다양한 목적으로 사용될 것이라고 예측하고 있다.
이에 메타 물질에 대해 연구를 진행하고 있는 부경대학교 전기공학과 이용욱 교수는 “메타물질은 빛의 움직임을 조작할 수 있도록 해 줄뿐 아니라 전기적 가변저항 등 다양한 방법으로 사용이 된다”며 “이러한 빛의 굴절률을 이용한 누진렌즈 뿐 아니라 콘택트렌즈에도 쉽게 적용할 수 있을 것이다. 하지만 현재 메타물질의 손실률이 크기 때문에 실제 사용자가 사용하는 상용화까지는 15년에서 20년의 시간이 걸릴 것”이라고 밝혔다.
/paperstory@fneyefocus.com 문성인기자
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