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힘을 특유의 방향으로 분산시키는 메타물질이 지진의 해법?

2017년 11월 26일 18:00

[표지로 읽는 과학-사이언스]

 

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Science 제공

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

서울에 있는 어느 현대미술관에 걸려있는 추상적인 예술작품처럼 보이지만 사실 전자현미경으로 관찰해야하는 수십~수백 마이크로미터(㎛,100만 분의 1m) 정도로 매우 작은 3차원의 구조물이다.

 

외부에서 힘이 가해졌을 때 일반적인 물질에선 불가능한 방향으로 힘을 분산시키도록 제작한 메타물질이 11월 마지막 주 학술지 ‘사이언스’ 표지를 장식했다.

 

메타물질은 자연계에 존재하지 않는 물리적 특성을 구현하기 위해 금속이나 유전물질을 특정 구조나 모양, 방향으로 설계해 배열시킨 것이다. 이번에 만든 물질은 위에서 수직으로 작용하는 힘을 좌우 회전하는 힘으로 분산시킨다. 따라서 찌그러지지 않는 대신 좌우로 뒤틀리게 된다.

 

독일 카를스루에공대 응용물리학과 토비아스 프렌젤 교수팀은 선형으로 한쪽에서 힘을 받았을때, 비대칭적인 방향으로 힘을 보내 회전이 일어나는 메타물질을 3차원 레이저 미세 프린팅기술로 만드는 데 성공했다.

 

이미지 확대하기연구팀이 개발한 메타물질을 쌓아만든 미세 구조물은 위에서 내리누르는 힘을 받았을때 이에 수직인 평면의 시계방향으로 회전력이 생기는 특징이 있다. - Science 제공
연구팀이 개발한 메타물질을 쌓아만든 미세 구조물은 위에서 내리누르는 힘을 받았을때 이에 수직인 평면의 시계방향으로 회전력이 생기는 특징이 있다. - Science 제공

일반적인 고체는 힘을 받으면, 그 방향으로 수축한다. 하지만 이 메타물질은 힘을 받은 방향에 수직인 평면방향으로 회전력이 발생해 뒤틀리면서 되레 부피가 확대되는 특징이 있다. 연구팀은 향후 치아나 뼈의 모양을 조정하거나 지진과 같은 예기치 못한 충격을 분산시키는 건축 공법 등에 이 메타물질을 적용할 수 있다고 설명했다.

 

프렌젤 교수는 논문에서 “치아를 교정할 때 특정 방향으로 힘이 가게 보철을 이어 붙여 이를 움직인다”며 “새로 개발한 메타물질을 이같은 의료적 목적 뿐만 아니라 우주탐사 장비에도 응용할 수 있다”고 말했다. 그는 이어  “자연계에 없는 강도를 가지거나 충격을 흡수하는 특징이 있는 인공물질, 즉 우주나 심해 등 극한의 상황에서 쓸 수 있는 메타물질을 새로 개발하려 노력 중”이라고 말했다.

 

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