얇은 금속판 하나로 여러 주파수 파동 구분⋯포스텍, 탄성파 제어 기술 개발

연구 이미지. /포항공과대학교 제공

얇은 금속판 하나로 서로 다른 주파수의 탄성파를 동시에 구분해 각기 다른 위치로 정확히 보내는 기술이 개발됐다. 

포항공과대학교는 기계공학과·화학공학과·전자전기공학과·융합대학원 노준석 교수 연구팀이 ‘주파수 다중화 탄성 메타표면’ 기술 개발에 성공했다고 15일 밝혔다.

탄성파는 구조물이나 기계가 진동할 때 내부를 따라 전달되는 파동으로 건물이나 산업 설비의 이상 여부를 사전에 점검하는 비파괴 검사에 활용된다. 

하지만 주파수가 조금만 달라져도 파동의 속도와 형태가 크게 변해 정밀 제어가 어렵다는 한계가 있었다. 이 때문에 기존 기술은 하나의 구조물로 하나의 주파수만 처리하는 방식에 머물렀다.

연구팀은 금속판의 두께를 미세하게 조절하면 주파수에 따라 전혀 다른 파동 반응을 유도할 수 있다는 점에 주목했다. 판의 구조를 설계해 각 주파수가 도달해야 할 위치를 미리 정한 뒤 이를 실제 금속판으로 구현한 것이다.

그 결과 하나의 메타표면이 40kHz, 60kHz, 80kHz 등 서로 다른 주파수의 탄성파를 각각 다른 위치로 정확히 집속하는 데 성공했다. 

또 각 위치에 압전 소자를 배치해 진동을 전기 신호로 변환한 결과, 특정 주파수에서 신호 세기가 다른 주파수보다 최대 48배까지 증폭되는 것도 확인됐다. 얇은 금속판 하나만으로 주파수 정보를 분리·선별해 읽어낼 수 있음을 입증한 셈이다.

노준석 교수는 “하나의 구조물은 하나의 기능만 수행한다는 기존 통념을 깨는 기술”이라며 “고가의 장비 없이도 구조물 진동을 주파수별로 감지하고 필요한 신호만 선택적으로 증폭할 수 있어 산업·국방·에너지·센싱 분야 전반에서 활용 가능한 핵심 플랫폼 기술이 될 것”이라고 말했다.

/단정민기자 [e-mail]