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투명망토와 투명인간의 원리와 투명인간을 가능케하는 (스텔스)메타물질 개발 성공

만화나 영화에서만 보던 투명인간이 실제로 우리주변에 나타날 수 있다!

지금 투명인간, 투명망토를 만들 수 있는 물질이 개발되어서, 영화에서나 볼 수 있던 투명인간이 실제로 출현할 것인가에 대해 큰 관심이 쏠리고 있다.

지금 세계에서는 빛이 반사되는 것을 막아서 물체를 투명하게 만드는 기술이 상당히 빠르게 개발되고 있고, 상당히 진척되고 있다. 소위 투명물질, 투명인간을 만들 수 있는 날도 멀지않았다.

왜냐하면, 투명인간, 투명물질을 만들 수 있는 소재인 메타물질이 개발되었기 때문이다.

해리 포터 같은 영화에서 주인공이 투명망토로 몸을 가리니까, 그 사람의 얼굴만 보이고 망토로 가려진 몸은 투명하게 보이는 장면을 볼 수가 있다.

실제로 투명망토로 우리 몸을 가린다면, 우리몸은 투명하게 보일 뿐 다른사람의 눈에는 전혀 보이지 않게된다.

이렇게 사람의 육체를 보이지않게 하는 투명망토는 메타물질로 만들 수가 있다.

◆ 투명인간, 투명망토를 만들 수 있는 메타물질의 원리

메타물질의 원리는 이렇다.

우리가 눈으로 물체를 보고 인식할 수 있는 것은 빛의 반사 때문이다.

그런데, 인간이 인공적으로 만들어낸 메타물질이 빛과 국소적인 상호작용을 일으켜서, 빛의 세기, 빛의 진행방향을 바꾸고 변화시키는 작용을 한다.

메타물질은 빛을 다른 방향으로 굴절시키거나, 또는 빛을 완전히 흡수해서 반사되는 것 자체를 막아버리는 방법으로 그 물체를 볼 수 없게 만든다. 즉, 메탈물질은 빛의 작용을 인위적으로 바꿈으로써, 그 물체를 투명하게 만들 수 있게한다.

이처럼, 빛이나 전자파로부터 물체를 은폐시킬 수 있는 물질이 메타물질이고, 이 메타물질을 이용하면, 투명망토를 만들 수가 있다.

그리고 우리나라와 미국의 연구진이 메타물질을 만드는데 성공했다.

메타물질을 개발해내었다는 것은 투명망토도 만들 수 있다는 것을 의미한다. 또한 사람이 이 투명망토를 몸에 걸치면, 투명인간도 될 수 있다.

메타물질은 빛을 원하는 형태로 꺾어지게 할 수 있는데, 이게 바로 굴절률인데, 이러한 메타물질의 굴절률조절을 통해서 특정한 물체에 빛이 도달하지 않게 하는 원리를 이용한다면, 투명망토의 개발이 가능해진다.

우리는 빛이 그 물체에 반사됨으로써 그 물체를 볼 수 있게 되는데,

메타물질에 의해 빛이 꺾이게 함으로써, 빛이 그 물체에 도달하지 못하게 됨으로써, 그 물체를 투명하게 만드는 원리이다.

이러한 메타물질을 원료로 해서, 만들어진 것이 투명망토인데, 일본과 캐나다에서는 이미 투명망토가 개발된 상태라고 한다.

메타물질로 만들어진 투명망토로 사람의 몸을 가렸을 경우, 메타물질의 작용에 의해서 빛이 투명망토를 걸친 사람을 우회하게 하고, 빛의 반사를 차단시킴으로써 그 사람을 보이지않게 한다.

이 투명망토를 걸친 사람은 만화영화에 나오는 투명인간처럼 실제로 사람들의 눈에는 보이지않게 된다. 즉, 투명인간이 되는 것이다.

또한 우리가 어떤 물건을 남들에게 보이지않게 하고싶다면, 그 물건 위에 투명망토를 얹어놓으면, 그 물건은 그냥 투명하게 보일뿐, 보이지 않게된다.

외부에서 손님이 우리집을 방문했을 때, 거실에 걸려있는 액자를 보이고 싶지않다면, 그 액자위에 투명망토를 그냥 걸쳐놓으면, 그 액자는 보이지 않게된다. 이처럼, 투명망토는 실생활에서 여러모로 유용하게 활용될 수 있을 것 같다.

◆ 우리나라 연구진, 투명망토 만들 수 있는 스마트 메타물질 개발 성공

2012년 한국의 연세대 기계공학과 김경식교수와 미국의 듀크대학 데이비드 스미스 교수의 공동연구팀은 숨기려는 물체의 모양이 변해도, 은폐 성능을 계속 유지하는 스마트 메타물질을 개발했다.

2012년도에 우리나라의 연구진이 미국 연구진과 공동연구로 물체의 모습을 안보이게 할 수 있을 뿐만아니라, 그 물체의 모양을 변형시켜도 계속 은폐기능을 유지할 수 있는 스마트메타 물질을 개발하는데 성공했다.

원래 스텔스기능이 있는 메타물질은 2006년 스미스교수가 먼저 개발했는데, 메타물질은 빛을 반사하지 않고, 그 물체의 주위를 돌아서 그냥 지나가게 만드는 원리이다.

당연히 메타물질의 작용으로 인해 빛이 반사되지 않고, 특정물체를 돌아 그냥 지나감으로, 메타물질 뒤에 있는 사물을 볼 수 있게 되므로, 메타물질이 감싸고 있는 물체는 투명한 상태가 되는 것이다.

이러한 원리에 입각해 메타물질을 사용해서 투명망토를 만들었는데, 만약 그 투명망토를 접거나 구부릴 경우에는 투명망토의 기능을 잃는다는 한계가 있었다.

그런데, 우리나라의 김경식교수와 미국의 스미스 교수의 공동연구팀이 접거나 구부리거나 변형시켜도, 투명망토의 투명기능을 그대로 유지할 수 있는 스마트 메타물질을 개발해낸 것이다.

두 연구팀은 각고의 연구 끝에 투명망토에 그 어떤 변형을 가해도, 굴절률 분포가 자동으로 은폐성능에 맞게 변화하는 스마트 메타물질 개발에 성공한 것이다.

김교수와 스미스교수팀은 압축성이 좋은 실리콘 고무튜브를 이용해서, 마이크로파 영역(10㎓)에서 메타물질의 성질을 그대로 유지할 수 있는 신축성이 뛰어난 투명망토를 개발했다고 한다.

김교수와 스미스교수가 합동으로 스마트 메타물질은 개발해냄으로써, 앞으로 물체가 움직이거나, 변형되어도 온전히 투명기능을 계속 유지할 수 있는 큰 면적의 투명망토를 만들어내는 것이 가능해졌다.

앞으로 스마트 메타물질을 재료로 해서 투명망토가 만들어질 경우, 그리고 그 투명망토를 자신의 몸에 둘러쌓는다면, 남들에게 자신의 모습을 보이지않게 하는 것이 가능해졌다.

즉, 앞에 투명망토를 둘러놓고, 사람이 그 투명망토 뒤에 숨는다면, 그 사람의 몸은 투명하게 보일 뿐, 다른 사람들에게는 전혀 보이지않게 된다. 이것이 바로 ‘투명인간’인 것이다.

스마트 메타물질을 재료로 해서 실제로 투명망토가 만들어진다면, 앞으로 머지않은 시기에, 영화에서나 볼 수 있었던 투명인간이 실제로 우리 실생활에서도 등장할 수 있을 것이다.

◆ 캐나다에서는 이미 투명망토 개발 성공

그런데, 2014년 캐나다의 '하이퍼스텔스 생명공학'이라는 방산업체가 특정물체를 숨길 수 있는 투명망토 소재의 개발에 성공했다고 한다.

이 투명망토 소재는 사람의 시각이나 열광학, 망원경 등 모든 시각적 탐지장치에도 전혀 보이지 않게 하는 신소재라고 한다.

그리고 실제 실험에서 사람이 얼굴만 남겨놓고, 투명망토 소재로 자신의 몸을 둘러쌓았을 때,

그 사람의 얼굴만 보이고, 그 소재로 가린 부분은 투명하게 보일 뿐, 그 사람의 몸은 전혀 보이지않았다고 한다.

그러니까, 캐나다 방산업체의 실험실에서는 이미 투명망토의 개발을 완료한 것이다.

우리나라 연구진이 개발된 스마트 메타물질로 투명망토를 만드는데 활용할 경우, 우리나라에서도 투명망토를 만들어낼 수 있게되는데, 그렇게 된다면, 영화속에 나오는 투명인간을 실제로 구현해낼 수 있게 된다.

그렇다면, 메타물질을 재료로 해서 만들어지는 투명망토의 가격은 얼마 정도할까?

문제는 가격이다.

현재 세계 여러나라의 실험실에서 만들어지는 메타물질들은 손톱만한 크기의 실험용 수준인데, 그 작은 메타물질을 만드는데 든 비용이 5000만~1억원 정도라고 한다.

투명망토의 재료가 되는 탄소나노튜브의 가격은 금값의 30배 정도 된다고 하니, 투명망토의 가격도 엄청나게 비쌀 것으로 예상된다.

2012년도에 캐나다에서 개발된 투명망토가 제일 저렴하다고 알려졌는데, 캐나다의 투명망토의 가격이 1억 3천에서 1억 4천 정도 한다고 전해지고 있어서, 사람들의 호기심을 자극하고 있다.

그런데, 아직 투명망토는 일반시중에 판매되지않고 있다는 것이 정설이다.

왜냐하면 투명망토는 현재 몇개국의  실험실에서만 개발되었을 뿐, 아직 양산되지 않았기때문이다.

투명망토는 만드는 데에 비용이 엄청 많이 들고 만들기도 매우 까다롭기 때문에, 아직 양산체제도 갖추어져있지도 않다.

캐나다의 군수업체에서 투명망토를 만드는데 성공했지만, 그 투명망토는 실험실 견본용으로 만들어진 것이고,

앞으로 설비체제를 갖추고 양산하려면 상당히 오랜 시간이 필요하다고 한다. 

그렇지만, 캐나다에서 만들어진 투명망토는 건전지도 필요없고, 무게가 가벼운데다 저렴한 게 장점이라고 하는데,

앞으로 캐나다에서 투명망토 양산체제에 들어간다면, 캐나다산 투명망토가 세계에서 제일 저렴한 투명망토가 될 수 있을 것 같다.

2015년도에 미국이 미군 병사들에게 투명망토를 보급할 계획이라고 밝혔는데, 이 때 미국에서 투명망토 한 개를 제작하는 비용이 100만원이라고 하는데, 비용이 많이 하락했음을 알 수가 있다.

앞으로 캐나다와 미국 등에서 투명망토를 본격적으로 생산한다면, 일반에 시판되는 투명망토 가격도 많이 저렴해질 것으로 예상된다.

우리나라에서는 투명망토 생산시스템을 갖추고, 투명망토를 일반에 시판하기 위해서는 앞으로 8년에서 10년 정도 걸릴 것으로 전망하고 있다.

이같은 스마트 투명망토의 원리를 여러 분야에 응용한다면, 앞으로 국방 분야, 광디스플레이, 의료기기, 인테리어, 보건기기 등 다양한 분야에서 상당히 유용하게 활용될 수 있을 것으로 예상된다.

또한 스마트 메타물질의 개발로 앞으로 스텔스전투기를 비롯해서 스텔스전차, 스탤스잠수함, 스텔스함선 등 다양한 무기들의 스텔스 전력화가 가능해지기 때문에, 우리나라의 국방력강화에 큰 도움이 될 수 있다.