한국기계연구원은 나노자연모사연구실 송경준, 허신 박사팀이 부경대학교 기계공학과 김제도 교수팀과 공동으로 음향 신호를 무(無)전원으로 최대 10배까지 증폭하는데 성공했다고 2일 밝혔다.
연구팀은 소리의 파장보다 작은 초소형 인공구조물을 지그재그 형태로 설계했다. 소리의 파장보다 작은 지그재그 모양의 초소형 인공구조물을 통해 외부 음향 신호가 통과할 때 음파의 진행속도를 줄여 소리를 작은 공간에 집중시킬 수 있어 음압 증폭이 가능하기 때문이다.
다시 말해, 구조물을 통과하는 음파의 진행 경로가 증가돼 기존 공기나 물 등 신호를 전달하는 자연계 매질이 가지지 못하는 고(高)굴절률(Refractive Index)과 고(高)임피던스(Impedance) 특성이 나타난다. 고굴절률과 고임피던스를 동시에 구현하면 음파의 진행속도를 줄여 소리를 작은 공간에 집중시킬 수 있다. 음압(音壓l) 증폭이 가능한 것이다.
또 인공구조물의 형상을 변화시켜 신호의 증폭률과 공진주파수도 자유자재로 조절할 수 있었다. 여기에 인공구조물이 신호 파장의 10분의1인 구조물을 기반으로 제작되기 때문에 초음파 등 파장이 극히 짧은 송수신 시스템에는 기기장치의 초소형화가 가능하다.
송경준 박사는 “이번 기술은 송수신 신호 파장의 10분의1인 구조물을 기반으로 제작돼 기존 음향기술인 헬름홀츠 공명기가 가졌던 크기의 한계를 소리의 파장보다 작은 구조물로 구현함으로써 극복한 것에 큰 의미가 있다”며 “앞으로 초음파, 의료기기, 비파괴검사를 비롯해 플랜트 안전진단 분야와 수중통신 분야에 활용이 가능할 것으로 예상된다”고 설명했다.
한편 이번 연구는 네이처 자매지인 ‘사이언티픽 리포트(Scientific Reports)’ 지난해 12월 11일자에에 실렸다.
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