메타물질, 자연의 한계를 넘어 미래 기술을 디자인하다

작성일 08-04

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div>  <strong class="summary_view" data-translation="true">투명 망토'부터 차세대 통신까지, 인공 구조물이 바꾸는 세상</strong> 
        <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> 
         <section dmcf-sid="1Cw791P3ks">
          <p contents-hash="f054f7f0c1ba565fe3b07b61639316d9e975a298de79ca22f2f8ece6d044665f" dmcf-pid="thrz2tQ0Am" dmcf-ptype="general">19세기 초, 프랑스는 등대의 조명을 더 멀리, 더 밝게 전달할 방법을 찾고 있었다. 당시 조명용 볼록렌즈는 무겁고 비싸 성능을 높이려면 더 두껍게 만들어야 했다.</p>
          <div contents-hash="832ac8b7e90d663cb57e0a744f0ea9caacb2a7be685c59abb4e7a4cc8b2436c9" dmcf-pid="FlmqVFxpar" dmcf-ptype="general">
           <p>젊은 물리학자 프레넬은 이 문제를 전혀 다른 방식으로 풀었다. 빛을 굴절시키는 데 꼭 필요한 표면만 남기고 나머지를 계단형으로 잘라낸 프레넬 렌즈를 고안한 것이다. 재료나 물리법칙은 그대로 두고, 형태와 구조를 바꿔 성능을 끌어올린 발상이었다.</p>
          </div>
          <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="c2c38cdb1a217ade471ea6eb66feec494f1ef950a99e2ee536d08c856154593d" dmcf-pid="3SsBf3MUkw" dmcf-ptype="figure">
           <p class="link_figure"><img class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202508/04/akn/20250804070142139ldvu.jpg" data-org-width="745" dmcf-mid="GLr6ebg2cl" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202508/04/akn/20250804070142139ldvu.jpg" width="658"></p>
          </figure>
          <p contents-hash="cd2e5f1de2a885957dfb9c5ea5eb946758039c2f20949bd8736405d2aba85ca7" dmcf-pid="0vOb40RuaD" dmcf-ptype="general">이후 과학자들은 구조 설계만으로 물질의 기능을 달리할 수 있다는 가능성을 더 넓은 영역으로 확장했다. '메타물질(meta material)'은 그 대표적인 예다. 빛, 소리, 전파, 열처럼 파동의 성질을 조작할 수 있도록 미세하게 설계된 인공 구조물이 바로 메타물질이다.</p>
          <p contents-hash="fecbea2df151854076a3a690ce583afec0aa837f707a3b34bb8d31eb8077dd40" dmcf-pid="pTIK8pe7jE" dmcf-ptype="general">핵심은 재료의 성분이 아니라 파장보다 작은 단위로 배열된 미세 구조에 있다. 이 구조가 파동의 진행 방식에 영향을 줘 굴절률이나 반사율, 투과성 같은 물리적 성질이 새롭게 나타난다. 단순한 조성보다 공간의 형태를 수학적으로 설계해 물질의 응답을 바꾸는 기술이다.</p>
          <p contents-hash="c55dca7da1245c6260c5a2238fe0cb84e126b79f8e3869834e0dc7a7004ef079" dmcf-pid="UyC96UdzAk" dmcf-ptype="general"><strong>모양으로 파동을 제어… '더 얇게, 더 강하게'</strong></p>
          <p contents-hash="314719a23a3153c8fb4bb8ae7c0cc0234672f44d684ad45fc2248cc569f046a8" dmcf-pid="uWh2PuJqcc" dmcf-ptype="general">홍성훈 한국전자통신연구원(ETRI) 스마트소재연구실 박사는 "메타물질은 자연계에 존재하지 않는 특이한 물성을 구현할 수 있는 가공된 인공적 물질"이라면서 "구조·형상·배열 등을 조절해 물질의 특성을 원하는 대로 구현할 수 있다"고 설명했다. 이런 방식 때문에 메타물질은 무게와 부피를 줄이면서도 성능을 높여 다양한 기술 분야에서 주목받고 있다.</p>
          <p contents-hash="10899364de8bf9b78eb3a4ace316da54196a38abb5ec286551310a7204010a78" dmcf-pid="7YlVQ7iBAA" dmcf-ptype="general">2006년 미국 듀크대학교의 데이비드 스미스 교수 연구팀과 영국의 존 펜드리 교수가 메타물질을 이용, 특정 주파수의 마이크로파를 우회시키는 방식으로 '투명 망토'의 원리를 성공적으로 시연하면서 일반 대중에게도 널리 알려진다.</p>
          <div contents-hash="b7c9d32c12016aca177cd3d70624d57d69bbc29254a354901c957d2dc3b6868c" dmcf-pid="zGSfxznboj" dmcf-ptype="general">
           <p>메타물질은 광학 분야에서 가장 먼저 실용화 가능성을 보여줬다. 기존 렌즈는 두꺼운 유리를 통해 빛을 굴절시키지만, 메타렌즈는 나노미터 단위로 설계된 표면 구조를 이용해 빛을 모은다.</p>
          </div>
          <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="5a8d55b9f7ac66f817865f53e9dfa7a584aa8d4fd5a754920b12369b253041f0" dmcf-pid="qHv4MqLKjN" dmcf-ptype="figure">
           <p class="link_figure"><img class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202508/04/akn/20250804070143386trim.jpg" data-org-width="745" dmcf-mid="HZkQJ9NfAh" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img3.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202508/04/akn/20250804070143386trim.jpg" width="658"></p>
          </figure>
          <p contents-hash="dfd149d393a54160801b58d20aeacfb1ece56469e68009d7ca91fece8ff4300d" dmcf-pid="BXT8RBo9aa" dmcf-ptype="general">이 방식은 얇고 가벼운 렌즈를 구현해 스마트폰 카메라나 AR·VR 기기, 웨어러블 디스플레이의 소형화에 유리하다. 디스플레이에서는 특정 파장의 빛만 선택적으로 투과·반사해 고해상도 OLED, QLED, 홀로그램 등을 제작할 수 있다.</p>
          <p contents-hash="c1e8147fd9435c3772d4d11a513299e728bfba1e3108c3d0f7e1969164fdd9f9" dmcf-pid="bLRTXs0Ckg" dmcf-ptype="general">전자기파의 진행 경로를 바꾸는 데에도 메타물질은 효과를 발휘한다. 전파가 물질을 통과하거나 반사될 때의 각도와 세기는, 그 내부 구조에 따라 크게 달라진다. 메타물질은 이 구조를 정밀하게 설계해 전파를 한쪽으로 휘게 하거나 특정 방향으로 집중시킬 수 있다.</p>
          <p contents-hash="2e80d8a5017f4957344ceeee0279cd39653c8817a7a7857c57b4b0be1a98d0b3" dmcf-pid="KoeyZOphko" dmcf-ptype="general">이 기술은 위성통신, 무선 송수신, 6G 통신용 고감도 안테나 등 통신 분야에서 활용 가능성이 크다. 실제로 미국의 민간 기업 키메타(Kymeta)는 메타물질을 활용한 평판형 위성 안테나를 개발해 선박과 항공기 등에서 이동 중에도 위성 신호를 안정적으로 수신하는 기술을 상용화했다.</p>
          <p contents-hash="342a0b2ca88c1b861ec3f797abd9a8572a2444f6c8f0e88122939b4ce1c8f6b1" dmcf-pid="9gdW5IUlNL" dmcf-ptype="general"><strong>빛을 휘고, 전파 방향을 바꾸며, 에너지를 제어하는 기술</strong></p>
          <p contents-hash="357957ca268b588363c6955b101391d493159821a634bad0c46662d79e5565be" dmcf-pid="2aJY1CuSAn" dmcf-ptype="general">국방 분야에서는 전자파를 흡수하거나 산란을 줄이는 기능을 통해 스텔스 기술에 응용되고 있다. 전자기파 차폐재, 레이더 흡수체, 무선 신호 간섭 차단 소재 등에서 메타물질이 실용적 대안으로 검토되고 있다.</p>
          <div contents-hash="056ffcafc1f23f4a76388aae09d4c27997ea8533a3d50af1993fa367316185be" dmcf-pid="VNiGth7voi" dmcf-ptype="general">
           <p>에너지 효율과 정밀 제어 기술도 메타물질이 진화시키고 있다. 열이나 소리처럼 파동의 성질을 지닌 물리량도 제어할 수 있다. 빛과 마찬가지로 열이나 소리도 파장에 따라 반사되거나 흡수되며, 전달 경로가 구조에 따라 바뀐다. 미세 구조를 정밀하게 설계하면 기존 소재로는 구현하기 어려운 방식으로 열과 음향을 조절할 수 있다.</p>
          </div>
          <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="8f10c796492c256d3194dd28c1873018fbf5e9bc50ef77dba1dd23fee429acb6" dmcf-pid="fjnHFlzTNJ" dmcf-ptype="figure">
           <p class="link_figure"><img alt="메타물질의 실용화 가능성을 가장 먼저 보여준 영역은 광학 분야다. 메타렌즈는 얇고 가벼운 렌즈를 구현할 수 있다. 스마트폰 카메라, AR·VR 기기, 웨어러블 디스플레이의 소형화에 유리하다. 픽사베이 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202508/04/akn/20250804070144621boku.jpg" data-org-width="745" dmcf-mid="XIHDIgyjcC" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202508/04/akn/20250804070144621boku.jpg" width="658"></p>
           <figcaption class="txt_caption default_figure">
            메타물질의 실용화 가능성을 가장 먼저 보여준 영역은 광학 분야다. 메타렌즈는 얇고 가벼운 렌즈를 구현할 수 있다. 스마트폰 카메라, AR·VR 기기, 웨어러블 디스플레이의 소형화에 유리하다. 픽사베이 제공
           </figcaption>
          </figure>
          <p contents-hash="6fb194f718e6c60a8de8259180c3b2f4a8f6a59d0c95006e5600fb9395e18803" dmcf-pid="4ALX3Sqykd" dmcf-ptype="general">태양광 발전 패널에서는 적외선과 자외선을 차단하고 가시광선만 통과시키는 필터 구조를 적용해 과열과 열화를 줄이고 발전 효율을 높일 수 있다. 건축용 창호나 전자기기 내부의 방열 소재는 불필요한 에너지 손실을 막고 열 제어 성능이 향상될 수 있다.</p>
          <p contents-hash="5796085220a86bed3064a7154fe1dec2d42df8f9dee417de83d5ccae030a4867" dmcf-pid="8coZ0vBWke" dmcf-ptype="general">음향 메타물질은 특정 주파수의 소리를 차단하거나 왜곡해 들리지 않게 만드는 기술로, 방음 설비나 고감도 음향 센서, 맞춤형 소리 필터링 기기에 적용할 수 있다. 진동의 전달 경로를 바꾸는 방식으로, 기계적 충격이나 진동을 정밀하게 조절하는 기술도 연구되고 있다.</p>
          <p contents-hash="b3879deaaf4fd46103fd2ffafe0a4024281d761dc062fa64f83860c38e7ef722" dmcf-pid="6kg5pTbYjR" dmcf-ptype="general">의료·바이오 분야에서도 새로운 가능성을 보여준다. 특정 주파수의 파동을 선택적으로 증폭하거나 집중시킬 수 있기 때문에 매우 미세한 생체 신호나 병리학적 변화를 감지하는 고감도 센서를 구현할 수 있다. 극소량의 바이러스, 암세포, 질병 마커 등을 기존보다 더 정밀하게 식별할 수 있어 조기 진단과 정밀 진단 기술에 적용될 수 있다.</p>
          <p contents-hash="4751857ad9e402b129ad2f3a96390649f536a1e0e53ee5c1be85cc3b9298fc8e" dmcf-pid="PEa1UyKGjM" dmcf-ptype="general">빛이나 열, 음파를 원하는 지점에만 집중시켜 병변을 선택적으로 자극하거나 파괴할 수 있고, 최소 침습적 시술이나 표적 치료에 유리하다. 메타물질 구조에 특정 약물을 결합해 체내에서 특정 조건이 충족될 때만 약물이 방출되도록 설계하는 방식도 연구되고 있다. 스마트 약물 전달 시스템으로 불리는 이 기술은 약물 효율을 높이고 부작용을 줄이는 데 기여할 수 있다.</p>
          <p contents-hash="1d4c0b4a8bc0e43f1415f35b259d13f4fc20d27fe8eab974c90c58e049eab084" dmcf-pid="QDNtuW9Hkx" dmcf-ptype="general"><strong>포항공대, 제조 혁신으로 상용화 앞당겨</strong></p>
          <div contents-hash="8074fc5ec2a5b352533c4ebb2f29543eb8da46d99b6a2911baf148c314725cea" dmcf-pid="xwjF7Y2XNQ" dmcf-ptype="general">
           <p>메타물질은 아직 상용화 초기 단계지만, 한국은 특히 제조 기술 분야에서 두드러진 경쟁력을 보이고 있다. 노준석 포항공과대(POSTECH) 교수 연구팀은 메타렌즈의 대량생산 공정을 개발해 소형화된 고성능 광학기기의 현실화를 앞당겼다.</p>
          </div>
          <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="8c544b0ca10f6dad161d47a354a20dcd3a64dd2f7bc8212c103f5908a9e40af4" dmcf-pid="yBpgkROJcP" dmcf-ptype="figure">
           <p class="link_figure"><img alt="노준석 포항공대 기계공학과 교수." class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202508/04/akn/20250804070145966ydou.jpg" data-org-width="745" dmcf-mid="Zpf1UyKGAI" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202508/04/akn/20250804070145966ydou.jpg" width="658"></p>
           <figcaption class="txt_caption default_figure">
            노준석 포항공대 기계공학과 교수.
           </figcaption>
          </figure>
          <p contents-hash="407c9e0e821d5c76b482148cffcb61e806281449cd73d175408761abf011e4e2" dmcf-pid="W97jwJhLA6" dmcf-ptype="general">메타물질은 나노미터 수준의 구조체를 정밀하게 배열해야 하기 때문에 기존 공정으로는 생산 단가가 지나치게 높았다. 실제 2019년만 해도 카메라용 메타렌즈 한 장의 가격이 500만 원(4000달러)에 달했다.</p>
          <div contents-hash="6ca8274dd51fcccb40cd4f8c666a5c716231c96fb0b3d9c24cf3339c25ee12a4" dmcf-pid="Y2zAriloN8" dmcf-ptype="general">
           <p>그러나 노 교수팀은 반도체 공정을 응용해 제조 비용을 획기적으로 낮춰 현재는 메타렌즈를 기존 광학계보다 저렴한 1만 원(8달러) 미만으로 생산할 수 있는 기반을 마련했다.</p>
          </div>
          <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="0d55cbe127d911ffb306c3b1f3c584c4fbbfba8c9898a89fe97021aa88d860e4" dmcf-pid="GVqcmnSga4" dmcf-ptype="figure">
           <p class="link_figure"><img class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202508/04/akn/20250804070147193ithj.jpg" data-org-width="745" dmcf-mid="5j2rhNYcAO" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202508/04/akn/20250804070147193ithj.jpg" width="658"></p>
          </figure>
          <p contents-hash="85405fa4c0fb8507252c7f54cf5cfa87c22ceb2399a33fbd0fe18aace0b4e466" dmcf-pid="HfBksLvaaf" dmcf-ptype="general">노 교수는 "공정 단가를 획기적으로 낮춰 기존 굴절광학계보다 더 낮은 가격으로 메타렌즈를 대량생산하는 기술을 가지고 있다"면서 "이는 세계에서도 우리 연구실만 할 수 있는 선도적인 기술"이라고 강조했다. </p>
          <p contents-hash="17722e90fc21dd1940c23877035d76d56918665ad3f1434714b2ad54c8292c32" dmcf-pid="X4bEOoTNAV" dmcf-ptype="general">그는 "포스코의 지원을 받아 포항공대와 포항산업과학연구원(RIST)이 협력해 메타렌즈 대량생산 기술을 완성했고, 전 세계 기업과 연구소에서 협력을 요청받고 있다"면서 "증강현실 안경, 초소형 카메라, 홀로그램 디스플레이 등 다양한 분야에서 실용화를 추진 중"이라고 밝혔다.</p>
          <p contents-hash="c61e70c6cbf1ef0244710a40b1f2167781d46a22b1f02c065faa1b222bfea46f" dmcf-pid="Z8KDIgyjo2" dmcf-ptype="general">삼성전자와 LG전자 등 국내 기업들도 6G 통신, 차세대 디스플레이, 고감도 센서 등 다양한 분야에서 메타물질의 가능성에 주목하고 있다. 산학 협력을 통해 기술을 검증하고, 실제 제품 적용 가능성을 탐색하는 연구도 늘고 있다.</p>
          <p contents-hash="cddbb2e53fb1c1f28d0f0a22833cd37a8a7634baf511db7ed97f2db42fabcb8f" dmcf-pid="569wCaWAg9" dmcf-ptype="general">김종화 기자 justin@asiae.co.kr</p>
         </section> 
        </div> 
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