[한국기술뉴스] 중앙대학교 전자전기공학부 임성준 교수 연구팀이 4D 프린팅 기술을 이용해 차세대 레이더·스텔스 기술, 차세대 5G·6G 무선통신 기술에 활용 가능한 형상 기억 메타물질을 개발하는 데 성공했다.

메타물질은 자연계의 물질로 얻을 수 없는 특이한 현상을 구조적 설계를 통해 인위적으로 만든 구조체를 말한다. 인공적으로 만든 새로운 물질, 대안물질이란 뜻을 담고 있다. 기존에는 각 단위 구조의 위상을 가공함으로써 입사되는 전자기파 신호를 반사·투과·흡수하거나 특정한 방향으로 반사·투과시키는 목적으로 메타물질을 사용했다.

메타물질은 자연계의 물질로 얻을 수 없는 특이한 현상을 구조적 설계를 통해 인위적으로 만든 구조체를 말한다. 인공적으로 만든 새로운 물질, 대안물질이란 뜻을 담고 있다. 기존에는 각 단위 구조의 위상을 가공함으로써 입사되는 전자기파 신호를 반사·투과·흡수하거나 특정한 방향으로 반사·투과시키는 목적으로 메타물질을 사용했다.

임성준 교수 연구팀이 거둔 이번 연구성과의 특징은 기존 메타물질과 차별화되는 독창적인 구조를 개발했다는 데 있다. 위상을 전기적으로 가변시키는 기존 방식과 달리 구조를 변형함으로써 입사되는 전자기파 신호의 반사 각도를 가변할 뿐만 아니라 전자기파 신호를 양방향으로 분리시키는 데 성공했다. 

임 교수 연구팀은 구조의 형상을 기억하고 기억된 형상을 다시 회복시킬 수 있는 과정을 프로그래밍함으로써 형상기억을 통해 2가지 전자기파 기능을 달성할 수 있는 메타물질을 세계 최초로 구현했다. 이 모든 과정을 3D 프린팅과 잉크젯 프린팅으로 제작하면서 최초의 4D 프린팅 메타물질 발표라는 업적도 함께 달성했다. 

중앙대 연구팀은 2가지 형상으로 변환되는 힘을 최소화하고자 접은 종이를 절단해 여러 가지 모양을 만드는 종이접기 기법인 기리가미 기법을 이용했다. 또한, 열을 이용해 메타물질이 스스로 형상을 바꿀 수 있도록 했다. 

이번에 개발된 형상 기억 메타물질은 닫힌 형상일 때와 열린 형상일 때 각각 다르게 작동한다. 임성준 교수는 “닫힌 형상에서는 수직 입사된 선형 편파 신호를 +30도 방향으로 좌선회 원형편파로 반사시키거나, -30도 방향으로 우선회 원형편파로 반사시킬 수 있다. 한편, 열린 형상에서는 수직 입사된 선형 편파 신호를 +14도와 –47도로 분리시켜 양방향으로 좌선회 원형편파로 반사시키거나 –14도와 +47도로 분리시켜 양방향으로 우선회 원형편파로 반사시킬 수 있다”고 설명했다. 

입사되는 전자기파 신호를 원하는 특성을 가진 신호로 제어할 수 있는 특징을 지닌 형상 기억 메타물질은 차세대 레이더·스텔스 기술로 활용될 수 있다. 또한, 차세대 5G·6G 무선 통신 기술 중 하나인 지능형 반사체에 개발된 기계적 형상 가변 메타물질에 활용될 것으로 기대된다.