수중 드론의 '눈' 역할을 하는 음파탐지기(소나)의 고질적인 왜곡 문제를 해결할 '음향 콘택트렌즈'가 개발됐다.
중국 상하이교통대 위장 교수 연구팀은 수중 드론의 보호 덮개(돔)를 통과하며 음파가 왜곡되는 현상을 바로잡는 부드러운 맞춤형 렌즈를 개발했다고 16일(현지시간) 국제학술지 '극한 제조 국제 저널'에 발표했다.
수중 드론은 물의 저항을 줄이기 위해 유선형 돔을 장착하는데, 이 돔의 곡면이 소나 음파를 분산시켜 탐지 거리와 정확도를 크게 떨어뜨리는 문제를 안고 있었다.
연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 물과 음향 특성이 비슷한 실리콘 고무에 미세한 텅스텐 입자를 섞어 렌즈를 제작했다. 텅스텐 농도를 동심원 형태로 다르게 조절해 음파의 속도를 제어하는 방식이다.
이 렌즈를 통과한 소나 파동은 돔의 곡면을 지나면서도 왜곡이 상쇄돼, 완벽하게 평평하고 집중된 형태로 방출된다. 이는 별도의 전력 소모나 복잡한 신호 처리 과정 없이 물리적으로 음파를 교정하는 원리다.
연구 결과, 이 렌즈는 65도로 흩어지던 음파를 16~30도의 좁은 빔으로 압축했다. 주 신호 강도는 10데시벨 이상 증폭됐고, 배경 소음은 10데시벨 이상 감소해 탐지 성능이 획기적으로 향상됐다.
연구팀은 "저렴하고 제작이 쉬운 소재로 만들어 소형·저비용 드론에도 고성능 소나를 탑재할 수 있게 됐다"며 "심해 지도 제작이나 장거리 물체 추적 등에 활용될 수 있다"고 설명했다.
연구팀은 향후 해양 환경에서의 장기 테스트와 3D 프린팅 기술을 이용한 렌즈 제작 공정 고도화 등을 추진할 계획이다. 이 기술은 의료용 초음파나 산업 구조물 검사 등에도 응용될 수 있을 것으로 기대된다.