“파동에너지는 우리 생활 속에서 실제로 무소부재하다고 할 수 있습니다. 많은 사람들이 파동에너지를 실생활과 멀리 떨어진 과학이라고 생각하지만 실제로는 그렇지 않아요. 우리가 보고 느끼고, 듣는 것 등 많은 부분이 파동과 관련이 있습니다. 통신과 디스플레이, 의료진단과 국방 등 다양한 분야에서 활용될 수 있는 거죠.”
파동에너지극한제어연구단이 개소했다. 파동보다 작은 인공구조물을 설계해 파동에너지를 자유롭게 제어하는 기술을 개발하고자 설립된 해당 연구단은 지난 10월 29일 대전에 소재한 한국기계연구원에서 개소식을 개최, 앞으로의 연구를 기대하는 자리를 마련했다.

미래 삶 변화시킬 기술

파동에너지극한제어연구단은 지난 2010년부터 미래창조과학부가 추진한 ‘글로벌프런티어’ 사업의 일환으로 개소했다. 올 2014년 신규 연구단으로 선정된 후, 10월에 재단법인으로 설립되고 나서 이번 개소식을 개최한 것이다. 이를 통해 앞으로 약 9년 동안 본격적인 연구 활동에 들어가게 될 계획이다.
파동에너지는 일반적으로 빛과 소리로 대변된다. 통신과 의료, 국방 등 우리생활의 모든 영역에서 활용되고 있을 만큼 중요한데, 이 파동을 지금보다 효과적으로 제어하면 기존 자연계에서는 볼 수 없던 물질을 만들 수 있기에 세계 선진국에서도 연구에 박차를 가하고 있다.
“파동에너지는 전자기파와 역학파로 구성됩니다. 에너지를 전달하는 물질(매질)에 따라 파동에너지가 어떻게 변화되는지 결정되죠. 일반적으로 우리가 일상생활에서 자주 접하는 빛의 굴절이나 소리의 전달 등은 자연계에 존재하는 물이나 공기 등을 매질로 해 파동에너지가 변화되는 특성을 보는 것이라고 할 수 있어요. 저희 연구단이 앞으로 개발하고자 하는 기술은 파동에너지를 극한으로 제어하는 기술로서, 파장보다 작은 인공구조물을 설계하는 것입니다. 이를 매질로 사용하는 거죠. 그럴 경우 일반 자연계 매질이 지닌 한계를 극복할 수 있게 되고 파동에너지를 완전 흡수하거나 무반사, 혹은 초고굴절이나 음(-)의 굴절 등을 구현할 수 있습니다.”
개발된 기술은 향후 초고해상도의 의료용 이미징(imaging) 장치 혹은 초박막 층간소은 차단제 등을 개발하는 데 핵심적인 원천기술이 될 것으로 기대되고 있다.
이를 목표로 앞으로 동 연구단은 전자기 파동에너지 제어기술, 역학 파동에너지 제어기술, 극한물성시스템 플랫폼 기술 등에 대해 연구를 진행할 것으로 보인다. 전자기 파동에너지 제어기술을 통해서는 빛과 테라파, 마이크로파 등 전자기파에 대한 파동에너지 제어기술을 개발하고 스텔스 기술, 홀로 그래픽 3D 디스플레이, 바이오 초고해상도 이미징 기술 등 융합형 전자기 극한물성 시스템을 만들게 된다.
역학 파동에너지 제어기술을 통해서는 탄성파, 음향파 및 열 등 역학 파동에 대한 파동에너지 제어기술을 만들고 적외선 IR 스텔스 기술, 초고성능 차세대 단열·방열 기술, 고효율 에너지 변환 및 저장 기술 등에 응용할 수 있는 원천기술을 개발한다.
마지막으로 극한물성시스템 플랫폼 기술을 통해 전자기·역학 파동에너지 제어기반 극한물성시스템을 구현하기 위한 대량·대면적 제조, 성능 측정 평가 플랫폼 기술을 구현하고 실제 기계와 에너지, 바이오, 의료 분야와 융합된 복합 극한물성시스템을 구현할 예정이다.
우리나라에서 이처럼 해당 연구에 힘을 쏟고 있듯, 해외 각국도 이 분야에 막대한 투자를 진행 중이다. 이학주 단장은 “중국에는 2010년 파동제어만을 전문으로 연구하는 연구소가 설립됐다. 미국에서도 이에 대한 지원이 막대하게 이뤄지고 있다”고 이야기 했다.
“최근 매우 주목받고 있는 연구지만, ‘하이 리스크 하이 리턴(high risk high return)’ 의 전형적인 분야이기도 합니다. 실패 없는 연구를 위해서는 방향을 잘 잡아야 해요. 인공구조물로 파동을 제어하는 만큼 크기와 형상을 잘 설계하는 일이 가장 중요합니다. 이를 바탕으로 대면적으로 저렴하게 제작하는 기술이 중요하죠. 즉, 원천기술과 제작기술이 잘 결합돼야 해요. 그래야 실용화가 될 수 있죠. 앞으로 우리 연구단은 이 두 부분에 대해 연구를 잘 수행할 것입니다.”
이학주 단장의 언급대로, 앞으로 파동에너지극한제어연구단은 원천기술과 제작기술에 중점을 둔 채 연구를 진행하게 된다. 이 단장은 “해당 사업은 1차 2년, 2차 3년, 3차 4년으로 총 9년의 과제”라며 “앞으로 초기 2년 동안은 원천기술을 개발하고 3년은 플랫폼 구축과 융합, 나머지 4년 동안에는 응용 등에 집중할 것”이라며 구체적인 계획을 언급했다.

융합에서 답을 찾다

앞으로의 계획을 언급한 그는 “결국 융합에 답이 있다”며 효과적인 융합연구의 길을 모색 중에 있다고 덧붙였다.
“이번 우리 연구단의 잠재력은 세계적 수준이라고 할 수 있습니다. 세계 최고 수준의 저널에 논문을 게재한 실적이 있는 연구자들 위주로 연구단을 꾸렸습니다. 그만큼 각 분야별로 다양한 사람들이 모였죠. 전자, 물리, 기계, 역학 등 각자 다른 영역의 전문가들이 함께 합니다. 챔피언끼리 만난 만큼, 앞으로 중요한 것은 이 안에서 조화를 찾는 방법이라고 할 수 있어요. 그러기 위해서는 용어의 정리부터 이뤄져야겠죠. 같은 단어를 이야기해도 분야에 따라 의미하는 바가 다를 수 있거든요. 먼저 용어의 개념에 대해 공통된 정의를 내린 후 본격적인 연구에 착수할 것입니다.”
이학주 단장은 실제로 장기적인 방대한 프로젝트를 진행할 때 가장 어려운 점으로 ‘연구자 간의 원만치 않은 소통’을 꼽았다. 그는 “다른 연구를 진행해본 결과 온전한 소통을 위해 재정비 하는 것만으로도 꽤 오랜 시간이 걸렸다”며 “보다 빨리, 불협화음이 나지 않도록 초기부터 미리미리 정비하는 게 중요하다. 그래야 더욱 먼 거리를 보다 빠르게 갈 수 있을 것”이라고 강조했다.
전문가들의 소통으로 진행될 파동에너지극한제어연구는 세상에 없는 기술을 개발한다는 데 의의가 있다. 이학주 단장은 “자연계 물질이 갖고 있지 않은 성질을 인공적으로 해석해 설계해야 하는 연구”라며 “세상에 없는 성질을 갖는 것인 만큼 아무도 생각하지 못한 물성이라고 할 수 있다. 개발만 된다면, 다양한 분야에 모두 쓰일 수 있다. 그만큼 파급력도 매우 클 것”이라고 이야기 했다.
“예를 들어 볼까요. 최근 태양에너지를 전기에너지로 바꾸는 연구를 많이 합니다. 이를 광전 연구라고 하죠. 광(光)을 전기(電氣)로 바꾸는 연구니까요. 이 때 우리 연구단은 태양을 받아들이는 표면으로부터 태양을 잘 흡수할 수 있도록 연구를 진행하겠죠. 즉, 반사율이 제로(0)에 가까운 무반사 표면으로 만드는 것입니다. 반사율을 최대한 줄여 태양빛을 많이 흡수하도록 말이죠. 이 대 태양전지 전문가는 반사율을 낮추고, 인공구조물 전문가는 빛을 잘 받아들이도록 연구하면 되는 것입니다. 그렇게 되면 결국 세상에 없는 기술을 만들게 되는 것입니다. 만약 이것이 성공한다면 태양광 효율을 획기적으로 높였다고 할 수 있겠죠. 이런 면에서 이번 연구가 매우 창조적이라는 것입니다. 원하는 대로 제어해, 의료와 국방 혹은 층간소음을 해결하는 방향으로 기여하고 싶습니다.”