와이파이 거리를 늘려주는 메타 물질 수퍼 투과체의 개발

차세대융합기술연구원의 나노바이오연구실 박상윤 박사 연구팀과 한양대학교 이영백 교수팀은 공동 연구를 통해 메타물질(Meta Matrial)을 이용한 수퍼 투과체(Hyper Transmitter)를 개발했다. 또한, 개발된 내용은 9월 15일 네이쳐(Nature) 자매지인 사이언티픽 리포트(Scientific Report)에 게재되었다[1].


여기서 메타물질이란 자연계에 존재하지 않는 특성을 구현하기 위해 빛의 파장보다 매우 작은 크기로 만든 금속이나 유전물질로 설계된 메타 원자(Meta Atom)의 주기적인 배열로 이루어진 물질이다. 따라서, 이러한 메타물질을 이용한 자연적인 물질들이 할 수 없는 방식으로 빛과 음파를 상호 작용하도록 설계, 투명망토와 고성능 렌즈, 효율적인 소형 안테나와 같은 분야에 적용할 수 있다.


박상윤 박사와 이영백 교수의 연구팀은 [그림 1]과 같이, 개발된 메타물질을 이용한 수퍼투과체를 이용하면 동일한 안테나를 이용하더라도 '와이파이(Wi-fi)' 와 같은 전자파의 전송거리를 2배이상 늘려줄 수 있다고 밝혔다.  

[그림 1] 메타물질 수퍼 투과체를 사용한 전자파 송수신 개념도

(a) 수퍼 투과체를 사용하지 않을 때, (b) 수퍼 투과체를 사용할때

특히, 단순한 평면 구조의 메타물질을 사용하면서도 슈퍼 렌즈와 유사한 물리적 특성을 이용하여, 안테나 사이의 전자파 작동거리를 획기적으로 늘리는 데 성공하였다. 이를 [그림 2]와 같이 다양한 송수신 각도에 따른 송수신 강도를 조사하여, 메타물질 수퍼 투과제가 안테나의 송수신강도를 획기적으로 늘릴 수 있음을 실험적으로 검증하는데에 성공하였다.

 

[그림 2] 메타물질 수퍼 투과체를 이용한 각도별 송수신 비율

또한, 저자들은 이러한 메타물질 수퍼 투과체를 이용하여 휴대폰 와이파이 뿐만 아니라, 자율 주행 자동차나 군사용 레이더 등 무선 통신시장에 광범위하게 응용 가능할 수 있다고 밝혔다.


한편, 차세대융합기술연구원의 박상윤 박사 연구팀과 한양대학교 이영백 교수팀은  지난해에도 [그림 3]과 같은 세계 최초 '물방울을 이용한 메타물질의 개발'에 성공하여 학계의 주목을 받은 바 있다[2][3]. 공동 연구팀은 이러한 원천 기술을 이용하여, 잠수정이나 전투기의 스텔스 기능을 높일 수 있는 응용 기술을 개발하는데 주력하고 있다.

[그림 3] 물방울을 이용한 메타물질의 전파 흡수율

- 참고문헌
[1] Y. Yoo, C. Yi, J. Hwang, Y. Kim, S. Park, K. Kim, J. Rhee, and Y. Lee, "Experimental Realization of Tunable Metamaterial Hypertransmitter", Scientific Reports, 2016. 
[2] Y. Yoo, S. Ju, S. Park, Y. Kim, J. Bong, T. Lim, K. Kim, J. Rhee and Y. Lee, "Metamaterial Abosrber for Electromagnetic Waves in Periodic Water Droplets", Scientific Reports, 2015.
[3] 물을 이용한 스텔스 기술 국내 학자들 처 개발, http://www.hankookilbo.com/v/b1bf1649d826435680d0eb5f6ab979e7.

- 글쓴이 소개
글쓴이: 김상현 연구원 (융기원 디지털휴먼연구센터)
메일: ggory15@snu.ac.kr