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국내 연구팀이 소리가 어느 방향으로 오느냐에 따라 파동이 달라지는 독특한 현상을 입증했다. 이번 연구는 향후 의료용 초음파 장비부터 소음 차단 기술까지 다양한 분야에 혁신을 가져올 것으로 기대된다.
포스텍(POSTECH)은 기계공학과·화학공학과·전자공학과·융합대학원과 전북대 기계시스템공학부 등으로 이뤄진 공동 연구팀이 단일 시스템 내에서 파동 방향에 따라 주파수가 달라지는 현상을 실험으로 입증했다고 21일 밝혔다. 이번 연구는 물리학 분야 국제학술지 ‘피지컬 리뷰 레터스(Physical Review Letters)’에 15일 게재됐다.
우리가 일상에서 사용하는 많은 기술은 파동의올쌈바
주파수를 조절하는 원리를 활용한다. 예컨대 녹색 레이저 포인터는 적외선의 주파수를 두 배로 높여(상향 변환) 녹색 빛을 만든다. 초지향성 스피커(소리를 특정 방향으로만 쏘는 스피커)는 서로 다른 두 초음파를 섞어 주파수를 낮춰(하향 변환) 사람이 들을 수 있는 소리를 만들어낸다. 이 같은 원리는 파동의 세기에 따라 반응이 직선적으로 변하지 않고 복잡하게 주투연
달라지는 ‘비선형성’ 덕분이다.
기존에는 주파수를 바꾸기 위해 복잡한 장치나 정밀한 조작이 필요했다. 이번 연구에서는 작은 구슬을 연결한 단순한 구조만으로도 파동의 세기와 방향에 따라 주파수를 자유롭게 조절하는 데 성공했다.
연구팀은 작은 구슬을 사슬처럼 배열한 ‘포논 결정(phononic crystal)’ 구조를 설계했신천지게임
다. 각 구슬의 연결 강도를 조금씩 다르게 조절할 수 있도록 해 같은 파동이라도 어느 방향에서 들어오는지에 따라 전혀 다른 반응을 보이게 했다.
이 구조는 약한 파동에는 거의 반응하지 않지만, 강한 파동이 들어오면 갑자기 다른 반응을 보이며 파동의 주파수를 변화시킨다. 예를 들어 한쪽에서 들어온 파동은 주파수가 높아져 날카로운 소리로, 반알라딘오락실
대쪽에서 들어오면 주파수가 낮아져 둔한 소리로 바뀐다. 하나의 구조 안에서 파동의 세기와 방향에 따라 주파수를 상향 또는 하향 변환할 수 있는 시스템을 구현한 것이다.
연구팀이 이번에 개발한 기술은 지진이나 공사 현장에서 특정 진동만 선택적으로 줄이거나,의료용 초음파 장비의 해상도를 높이는 데 활용될 수 있다. 사람이 듣지 못하는 소리를 바다이야기앱
특정 방향에서 감지하는 정밀 음향 장비나 아날로그 신호를 똑똑하게 처리하는 기술에도 적용될 수 있다.
연구를 이끈 노준석 포스텍 교수는 “이론적으로만 존재하던 개념을 실제 실험으로 입증했다는 데 큰 의미가 있다”며 “차세대 주파수 변환 및 고성능 신호처리 기술에 폭넓게 응용될 수 있을 것”이라고 말했다.
[정지영 기자 jjy2011@donga.com]