노후 건물·항공기 균열, 한번에 찾는다

한국기계연구원

권민우 한국기계연구원 선임연구원이 메타물질을 활용한 결함 검사를 진행하고 있다. 기계연 제공

국내 연구진이 노후된 건물이나 항공기, 철제 다리 등 오래된 구조물에 발생하는 갈라진 틈이나 결함을 한 번에 찾을 수 있는 기술을 개발했다.

이번에 개발된 초음파를 생성하는 메타물질을 활용하면 구조물을 파괴하지 않고 결함을 찾을 수 있다. 의료용 초음파 기술에도 응용될 수 있어 향후 다양한 분야의 원천기술로 활용될 것으로 기대된다.

한국기계연구원은 권민우 나노융합장비연구부 나노디스플레이연구실 선임연구원 연구팀과 김윤영 서울대 기계공학부 석좌교수 공동연구팀이 노후 구조물의 결함을 한 번에 발견할 수 있는 '원형 편광 초음파'를 생성하는 메타물질을 개발했다고 14일 밝혔다.

노후 구조물에 대한 기존 비파괴 검사는 직선 형태로 진동하는 초음파를 구조물에 보내 구조물의 결함을 발견하는 방식이었다. 이 검사는 구조물 내부의 모든 영역을 조사하기 어려워 최소 2번 이상의 검사가 필요하다. 검사 시간이 오래 소요되고 결과물의 정확도가 낮아 사용이 제한적이란 단점이 있다.

이번에 개발된 메타물질은 대면적의 알루미늄 금속에 연속된 구멍을 내 제작됐다. 연구팀은 메타물질의 구멍 모양과 간격을 조절해 직선 형태의 초음파를 메타물질에 통과시켜 원형 진동 초음파로 변환시켰다. 분석 결과 이 기술은 단 한 번의 검사와 기존 기술 대비 12배 높은 정확도로 검사 시간을 크게 단축시키고 구조물의 결함을 발견할 수 있었다. 

권민우 선임연구원은 “기존 초음파 검사 기술의 결함탐지 성능 수준을 높일 수 있는 신개념 기술”이라며 “향후 영상진단에 활용될 뿐만 아니라 디스플레이나 약물의 미세 입자 제어 등 산업용 비파괴 검사를 넘어 의료용 초음파 기술의 패러다임을 바꿀 것”이라고 말했다. 연구 결과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’에 12일 게재됐다.

왼쪽부터 실제 제작된 메타물질, 직선형 초음파가 메타물질을 통과해 변환되는 시뮬레이션. 기계연 제공

[박정연 기자 hesse@donga.com]