【포항=뉴시스】강진구 기자 = 포스텍(총장 김도연)은 기계공학과/화학공학과 노준석 교수팀이 싱가포르 국립대 청 웨이 추(Cheng-Wei Qiu) 교수팀과 중국 우한대학교 궈싱 쪙(Guoxing Zheng) 교수와 공동연구를 통해 스크램블링 메타표면을 이용해 점 구름 생성기술을 300나노미터(nm)라는 초경량을 구현하는 데 성공했다고 27일 밝혔다.
 
 점 구름 생성기술은 마치 폭죽처럼 빛을 쏘면 일정 위치를 중심으로 모든 방향으로 빛을 뿌리고, 뿌려진 빛은 4044개의 점(빛 알갱이)으로 흩어져 주변의 물체에 닿고 센서는 이 모든 것을 종합해 주변을 입체적으로 인식하게 되는 원리다.

 4차 산업혁명 시대 가장 주목받는 기술로 꼽히고 있다.

 가상의 세계에서 실제 상황처럼 체험 할 수 있는 가상현실(VR) 기술과 현실과 가상을 결합한 증강현실(AR) 기술이 바로 이 원리를 응용한다.

 점 구름 생성기술은 ‘회절광학소자(diffractive optical elements)’와 ‘라이다 기술(light detection and ranging;LIDAR)’이 사용된다. 회절광학소자의 경우 소자의 깊이 조절을 통해 회절 효과를 만들어 내기 때문에 제작 공정에 어려움이 있고 라이다 기술은 복잡하고 부피가 큰 스캐닝 시스템 때문에 장치 소형화가 어렵다는 단점이 상존해 왔다.

 연구팀은 이런 문제 해결을 위해 ‘스크램블링 메타표면’이라는 새로운 개념을 개발했다. 메타물질은 빛의 파장보다 작은 두께를 갖는 실리콘 나노 막대기 구조들로 구성돼 있는데 각각 나노 막대기마다 점 구름 생성에 필요한 정보를 담고 있다.

이 같이 정밀하게 만들어진 메타표면에 레이저 빔을 쏘면 메타표면에서 폭탄이 터지는 것처럼 들어온 방향을 포함한 모든 방향으로 빛이 흩어져 물체를 입체적으로 인식할 수 있게 된다.

 스크램블링 메타표면은 파장의 절반 두께이기 때문에 거의 평면에 가까운 작은 소자에도 탑재할 수 있어 파노라마 카메라나 얼굴 인식 카메라, 증강·가상현실 등의 기능을 갖춘 스마트폰이나 스마트시계 등 스마트기기의 소형화에 기여할 수 있을 것으로 기대된다. 

 이 연구결과는 네이처가 발간하는 최상위 국제 학술지 '빛 : 과학과 응용(Light : Science and Applications)' 최근호에 게재됐다.

 이 연구는 한국연구재단 미래소재디스커버리사업과 전략공모사업, 선도연구센터(ERC)사업 광기계기술센터, 글로벌프론티어사업 파동에너지극한제어연구단과 글로벌박사펠로우십의 지원으로 수행됐다.

 노준석 교수는 “실리콘 메타표면을 이용해 전 방향으로 빛을 흩을 수 있는 ‘점 구름 생성 기술’을 세계 최초로 구현했다"며 "초경량·초소형 형태의 3차원 센싱을 바탕으로 다양한 기기에 활용할 수 있고 모션 캡쳐를 이용한 엔터테인먼트 기기 개발에도 응용할 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.

 dr.kang@newsis.com