▲ IBS 첨단연성물질 연구단 기욤 카시아니 연구위원(왼쪽)과 프랑수아 암블라흐 연구위원(UNIST 자연과학부·생명과학부 특훈교수). IBS 제공.  
 
   
 
  ▲ 빛의 반사와 복사 원리의 차이. IBS 제공.  
 

물체가 반사하는 빛이 아닌 흡수하는 빛을 이용해 스텔스기를 탐지할 수 있다는 이론적 원리가 제시됐다.

기초과학연구원(IBS) 첨단연성물질 연구단 프랑수아 암블라흐 연구위원(UNIST 자연과학부·생명과학부 특훈교수)팀은 물체의 온도 증가를 이용한 탐지 기술을 이론적으로 제안했다고 23일 밝혔다.

레이더는 목표물에서 반사돼 돌아오는 빛과 소리, 전자기파로 목표물에 대한 정보를 얻는다.

전파를 쏜 뒤 반사돼 돌아오면 이를 이용해 목표물과의 거리를 계산하는 방식이다.

박쥐가 장애물에 초음파를 발사해 되돌아오는 초음파로 위치를 파악하는 원리를 이용한다.

스텔스기는 특수 물질을 외관에 칠해 레이더 전파를 흡수하기 때문에 레이더에 잡히지 않는다.

연구진은 스텔스기가 흡수한 에너지가 열로 변환되면서 온도가 올라간다는 사실에 주목했다.

모든 물체는 원자들이 가진 열을 빛 형태로 방출하는데, 이 빛을 읽는 것이다. 공항에서 고열의 승객을 찾아내는 적외선 카메라도 이 원리를 사용한다.

하지만 레이더가 전달하는 에너지가 아무리 커도 스텔스기의 온도는 아주 미미하게 증가한다는 한계가 있다.

이에 연구진은 대상에 빔을 쏘아 발생시킨 온도변화에 따라 복사량이 크게 달라지는 것을 이용했다.

물체가 반사하는 빛이 빔 강도에 비례하는 것과는 달리 복사로 방출되는 빛의 세기는 온도에 따라 매우 빠르게 증가하는 초선형성을 보인다.

이를 통해 아주 짧은 시간동안 나타나는 온도 상승을 포착해 복사광선 감지가 가능하다는 것을 연구진은 보였다.

그러면서 쏘아주는 빔 에너지가 클수록 이론적으로는 복사광선 방출 지점의 크기가 한없이 작아지는 것 또한 확인했다. 이는 극도로 가까운 두 점을 구분할 수 있게 만들어 해상도를 높인다.

이번 연구에서 제안된 복사광선 감지는 광학현미경을 넘어 다른 빔에도 초고해상도를 가능하게 할 것으로 전망된다.

제1저자인 기욤 카시아니 연구위원은 “이번 연구는 자율주행 자동차 레이더, 스텔스 물체의 중거리·장거리 감지 등의 분야에 전혀 새로운 가능성을 제공할 수 있다”며 “이를 위해 나노미터에서부터 비행기와 같은 큰 물체에 이르기까지 다양한 크기의 물체와 다양한 상황에서 선명도의 크기를 이론적으로 예측했다”고 말했다.

이번 연구는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’ 12월 17일자 온라인 판에 게재됐다.

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