[EUREKA] 상어 가죽 돌기에서 영감 받아 개발된 '스마트 음향' 소재
수정일 2020년 03월 24일 화요일
등록일 2020년 03월 24일 화요일

음향 메타소재를 변형할 수 있는 특별한 기능이 있는 신소재가 부상하고 있다. 서던캘리포니아대학 연구팀은 상어 가죽에 돋아 있는 돌기에서 영감을 받은 스마트 음향 소재를 개발했다. 연구팀은 이 스마트 소재로 음향 전파의 방향을 바꿀 수 있다고 주장했다.

수석 연구원인 키밍 왕 박사는 전통적인 음향 메타소재를 사용하면 한 가지 구조를 설계하고 하나의 속성을 부여할 수 있다고 말했다. 상어 가죽에서 영감을 받아 많은 스마트 음향 소재를 사용하면 하나의 구조로 다중 속성을 부여할 수 있다고 주장했다. 연구팀은 신소재를 연구하면서 스위치와 같은 전자기기의 내재적인 속성을 재현할 수 있었다고 설명했다. 이를 사용해 소리 컴퓨터 또는 스마트 소리 전파기기를 개발할 수 있다는 것이다. 

가죽 돌기는 상어 가죽과 지느러미에 덮여 있는 단단한 비늘이다. 이 구조 덕분에 손가락으로 상어 꼬리부터 머리를 만져보면 거칠게 느껴지지만 반대로 머리부터 꼬리 방향으로 만져보면 매우 부드럽다. 가죽 돌기의 주요 기능은 포식자로부터 상어를 보호하고 난류를 줄여 은밀하고 신속하게 헤엄칠 수 있게 하는 것이다. 일부 수영복 제조회사들은 선수들이 빠르게 수영할 수 있도록 수영복 소재에 상어 돌기를 모방하는 방법을 개발했다.

왕 박사와 연구팀은 “스마트 음향기기는 가죽 돌기와 동일한 이중 속성을 가지고 있다”고 밝혔다. 메타소재에는 자기 민감성 나노입자가 들어있어 자기 자극이나 구조를 바꿀 수 있는 힘이 가해지면 휘어진다. 이에 여러 가지 전파 조건을 담을 수 있다. 

연구팀은 “빠르게 헤엄치는 상어는 ‘V’자 형태의 가죽 돌기를 가지고 있으며 항력을 줄일 수 있다”고 주장했다. “V자 형태의 홈으로 난류를 흘려보낸다”고 설명했다. 매우 적은 각도로 돌기가 기울어져 있어 흐름 항력을 극적으로 강화할 수도 있다는 사실을 발견했다. 연구팀은 원격 통제 자기장을 통해 MRP를 가역적으로 구부려 음향 전파를 바꿀 수 있는 자기 활성 MRP를 제안했다.

연구팀이 설계한 스마트 음향 메타소재는 강철 나노입자 혼합물과 고무로 만들었다고 덧붙였다. 강철은 자기장에 반응하는 소재인 반면 고무는 유연성이 있어 반복적으로 혹은 가역적으로 휠 수 있다. 상어 가죽에서 영감을 받은 스마트 메타소재는 압력이나 직접적인 접촉이 없이 소재의 구조를 바꿀 수 있다. 

현재 가장 일반적으로 사용되는 음향 소재는 흡수재, 차음벽, 복합재료다. 흡수재는 직물로 감싼 음향 패널과 음향 실링 클라우드, 음향 폼 등이 포함된다. 차음벽에는 MLV 차음벽과 음향 도어 실이 있다. 복합재료는 드롭타일 실링 배리어와 블랭킷 봉입재 등이 있다.

방음재는 소리의 전파를 줄일 수 있는 건물이나 구조물의 전체 기능을 의미한다. 영화관이나 강당, 음악 스튜디오 등 엔터테인먼트 산업에서 소리 흡수 소재 수요가 증가하고 있다. 이 때문에 방음재 시장이 성장하고 있다. 2018년 기준 방음재 시장 규모는 120억 달러(15조 1,236억 원)에 달했다.

 

2019년 지역별 방음재 시장 가치는 유럽 44억 달러(5조 5,453억 2,000만 원), 북미 32억 달러(4조 329억 6,000만 원), 중동 및 아프리카 7억 달러(8,820억 원), 남미 3억 달러(3,780억 원)였다. 올해 가장 규모가 큰 시장으로 유럽(45억 달러)을 전망하고 있다.

상어 가죽 돌기에서 영감을 받은 설계 원칙은 음향 메타소재 개발에 돌파구가 될 것으로 보인다.

이영섭 기자 ra@gmail.com
기자의 다른기사 보기