‘정보→일’ 전환…기존 75% 넘어
나노로봇 작동 효율성 기여 기대
효율 100%인 정보 엔진이 구현됐다. 전통적인 열역학 법칙을 깨는 정보 엔진은 이전에도 존재했으나 ‘정보를 일로 전환한다’는 새로운 틀에서 완전한 효율을 달성한 것은 이번이 처음이다.
기초과학연구원(IBS, 원장 김두철) 첨단연성물질 연구단 박혁규 연구위원(UNIST 자연과학부 교수)이 이끄는 연구진이 구현한 효율 100% 정보 엔진은 나노로봇의 효율적 작동에 매우 중요한 역할을 할 것으로 기대된다.
정보 엔진은 ‘맥스웰의 도깨비’라는 물리학 개념에서 출발했다. 맥스웰의 도깨비는 열역학 제2법칙인 ‘엔트로피(Entropy)는 감소하지 않는다’를 시험하기 위해 맥스웰이 고안한 사고실험이다. 맥스웰 도깨비가 제안된 후, 과학자들은 도깨비가 분자의 위치와 속도 ‘정보’를 온도 차를 만드는 ‘일’로 바꾼다는 것을 증명했다. 최근에 과학자들은 실제로 정보 엔진을 만들었고, 효율을 높이려 계속 시도했으나 최대 75%에 지나지 않았다.
이번 연구 핵심은 효율 100%의 정보 엔진을 실현했다는 데 있다. 연구진은 정보를 일로 전환할 수 있도록 주어진 온도에서 무작위한 방향으로 브라운 운동을 하는 작은 입자를 레이저 집게로 가두고, 입자가 오른쪽으로 치우칠 때마다 레이저를 조금씩 오른쪽으로 이동시켰다. 이를 반복하면 무작위 방향으로 운동하던 입자들을 밀지 않고도 한 방향으로 움직이게 만들 수 있다.
박혁규 연구위원은 “이번 연구로 정보를 이용한 열 엔진의 실현이 앞당겨지고 나노로봇이 효율적으로 작동하는 데 중요한 역할을 할 것”이라고 전망했다.