초음파 이미징 기술, 바이오를 넘어 건설까지 접수한다

UNIST 김건 교수팀, 초음파 이미징 기술로 콘크리트 탄산화 깊이 측정
"배터리, 암 진단 등 다양한 분야 활용 기대"…'시멘트 앤 콘크리트' 게재

초음파 이미지 기술로 콘크리트 구조물에 포집된 이산화탄소 깊이를 측정하고 미세한 변화를 확인할 수 있게 됐다.

주로 의료 분야에서 활용되던 초음파 이미지 기술을 건설 분야에 적용한 최초 사례로 눈길을 끈다.

UNIST 지구환경도시건설공학과 김건 교수는 시멘트의 탄산화 깊이를 정밀하게 시각화할 수 있는 정량적 초음파 이미징(Quantitative Ultrasound, QUS) 기술을 개발했다고 14일 밝혔다.

이번 연구는 조선대학교 건축공학 김형기 교수, 美 일리노이대학교 전기전자공학 마이클 오지(Michael Oelze) 교수팀이 공동으로 참여했다.

콘크리트 탄산화는 대기 중 이산화탄소를 콘크리트 구조물에 포집시키는 것으로 탄소중립을 위한 건설 산업 분야의 핵심 전략 기술 중 하나다.

탄산화가 진행됨에 따라 콘크리트 부재 내의 미세구조가 변화한다.

이러한 구조적 변화는 기존 비파괴 방법들로는 측정이 어려워 파괴적 방법에 의존해 왔다.

연구팀은 수집한 초음파 신호로부터 재료의 초음파 산란 및 감쇠 특성을 추출해 이를 이미지로 시각화함으로써 미세구조 변화를 포착했다.

해당 이미지는 기존 파괴적 시험기법인 페놀프탈레인 지시약법으로 측정된 결과 대비 약 1mm 정도의 오차만을 허용하며 탄산화 깊이를 정확히 탐지했다.

탄산화 깊이를 위치별로 비파괴적으로 측정 가능함이 증명된 셈.

현재 보편화된 초음파 이미징 검사 기법은 낮은 해상도로 인해, 전문가나 의사의 경험에 절대적으로 의존할 수 밖에 없다.

하지만 이번에 개발된 기술은 재료에 의해 결정되는 정량적 지표를 기반으로 이미지 픽셀을 구성하기 때문에 경험이 부족한 사람도 재료의 구조적 변화를 손쉽게 판단할 수 있다.

김건 교수는 "바이오 메디컬 분야로 국한돼 사용됐던 정량적 초음파 이미징 기술이 건설 분야에도 유용하게 활용될 수 있음을 증명한 첫 사례다"며 "앞으로 자동차 배터리 수명 예측, 암 조직 정밀 시각화 등 다양한 연구 분야에 활용될 수 있을 것"이라고 기대했다.

연구 결과는 건설 분야 최상위 학술지인 '시멘트 앤 콘크리트 리서치(Cement and Concrete Research)'에 4월 25일 온라인 게재됐다.

한편, 지난 2020년 UNIST 지구환경도시건설공학과에 부임한 김건 교수는 건설공학, 고분자화학 등을 아우르는 다학제간 융합 연구를 하고 있다.

집속된 초음파 에너지를 이용한 암 조직 파괴, 폴리머 분자 사슬 강화, 초음파 기반 구조물 건전성 평가, 구조물 진단을 누구나 쉽게 할 수 있는 응력 시각화 고분자 센서 개발 등이 대표적이다.

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울산CBS 반웅규 기자 bangija@cbs.co.kr

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