이 기술을 활용하면 기존 두껍고 큰 VR·AR 렌즈나 안경을 획기적으로 가볍고 작게 만들 수 있게 될 전망이다. [헤럴드경제DB]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 국내 연구팀이 투명망토를 만드는 메타물질을 이용해 나노성형소재와 프린팅기술을 개발해 값싸고 얇은 VR·AR기기의 상용화 가능성을 높였다.

포항공대(POSTECH)는 노준석 교수·윤관호 박사 연구팀이 고려대와 공동 연구를 통해 메타물질 상용화를 위한 새로운 나노성형소재와 대면적 나노프린팅기술을 개발했다고 14일 밝혔다.

메타물질은 인공 원자로 만들어진 물질로, 자연에는 존재하지 않지만 빛의 특성을 자유자재로 제어할 수 있다. 빛의 굴절이나 회절 등을 조절해 그 모습이 사라지는 것처럼 착시를 만드는 투명망토나 빛의 입사 방향에 따라 서로 다른 홀로그램 이미지를 만들어낼 수 있는 메타홀로그램도 메타물질을 이용한다.

메타물질을 만들기 위해서는 빛의 파장보다 작은 크기의 인공 원자를 정교하게 제작하고 배열해야 한다. 지금까지는 전자빔 리소그래피라는 방식을 통해 메타물질을 제작해왔다.

하지만 전자빔 리소그래피는 공정속도가 매우 느리고 공정 단가가 비싸기 때문에 메타물질을 크게 만들거나 상용화하기에 걸림돌이 됐다.

연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 메타물질 구현에 적합한 광특성을 가지고 있으면서도 자유자재로 성형이 가능한 나노 입자 복합재를 기반으로 새로운 나노성형소재를 개발했다. 또한 한 번의 공정으로 성형할 수 있는 원스텝 프린팅기술을 개발하는 데에 성공했다.

연구팀은 실제 새로 개발된 기술을 이용해 머리카락의 두께보다 100배 이상 얇은 초박막 메타렌즈를 구현했다. 메타물질을 두꺼운 유리렌즈·플라스틱렌즈 등을 1만분의 1 수준의 두께로 제작할 수 있게 된 것이다. 이렇게 원스텝 프린팅 공정으로 초박막 메타렌즈를 제작한 것은 세계 최초다.

제작된 초박막 메타렌즈를 통과한 삼색광(R, G, B) 초점 사진. 메타렌즈를 통과한 삼색광이 각각의 초점거리에서 정확히 집속되는 것을 확인했고 기존 메타렌즈에 비해 월등히 높은 집속효율을 구현했다. [포스텍 제공]

기존 유리 등으로 만드는 렌즈와 같은 성능을 내는 메타렌즈를 만드는 가격이 1개당 1000만원이었다면, 이 기술을 이용하면 약 1만원 수준으로 100분의 1의 비용으로, 두께는 1만분의 1 얇은 메타렌즈를 간소한 공정으로 제작할 수 있게 된다.

노준석 교수는 “이번에 개발된 나노 성형 소재의 원스텝 프린팅기술은 기존의 전자빔 리소그래피에 비해 100배 이상 빠른 속도로 메타물질을 제작하는 것이 가능하다”며 “기존 두껍고 큰 VR·AR 렌즈나 안경을 획기적으로 가볍고 작게 만들 수 있을 뿐 아니라 전 방향 대면적 투명망토, 곡면이나 구부러지는 웨어러블기기에 적은 비용으로 메타물질을 적용할 수 있을 것”이라고 말했다.

기존 연구의 제약이었던 디바이스 크기와 높은 제작 단가를 해결할 수 있는 이번 연구 성과는 최근 과학 분야의 권위 있는 학술지인 ‘네이처 커뮤니케이션즈’에 게재됐다.

nbgkoo@heraldcorp.com