미국과 프랑스 공동 연구진이 음파를 이용해 원격으로 물질의 단단한 정도를 조절하는 새로운 기술을 개발했다.
18일(현지시간) 미국 캘리포니아 샌디에이고대(UC 샌디에이고) 등에 따르면, UC 샌디에이고, 미시간대, 프랑스 국립과학연구센터(CNRS) 공동 연구팀은 특정 주파수의 음파로 물질의 강성을 결정하는 '기계적 킹크'를 정밀하게 이동시키는 데 성공했다는 내용의 논문을 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션스'에 발표했다.
기계적 킹크는 물질 내부의 원자나 구성요소 배열이 달라지는 경계 지점으로, 이 위치에 따라 물질의 특정 부분이 부드러워지거나 단단해지는 등 기계적 특성이 결정된다. 금속이 영구적으로 구부러지거나 DNA 가닥이 분리되는 지점에 나타난다.
과학계는 물질의 특성을 바꾸기 위해 킹크 제어에 관심을 가져왔으나, 대부분 물질에서 킹크는 에너지 장벽에 막혀 이동이 어려웠다. 이전 연구에서 음파를 이용한 시도가 있었지만, 움직임이 불규칙해 제어가 불가능했다.
연구팀은 킹크를 움직이는 데 에너지가 거의 들지 않는 특이한 구조의 물질을 설계해 이 문제를 해결했다. 이 모델에서 음파를 보내면 음원이 발생한 쪽으로 킹크가 당겨져 오는 '음향 트랙터빔' 현상이 나타났다.
연구팀은 이를 증명하기 위해 스프링으로 연결된 회전 디스크 체인 형태의 실물 크기 모델을 제작했다. 짧은 음파를 보내자 킹크가 음원 쪽으로 조금씩 이동했으며, 긴 음파를 가하자 체인 전체를 가로질러 계속 이동하는 것이 확인됐다.
니컬러스 베클러 UC 샌디에이고 기계항공공학과 교수는 "물질의 내부 상태를 원격으로 제어하는 기술"이라며 "필요에 따라 강성이 변하는 보호 장구나 로봇 근육, 의료용 임플란트 개발로 이어질 수 있다"고 설명했다.
연구팀은 향후 이 모델을 3차원으로 확장하고 원자 수준의 미세 규모에서도 동일한 효과가 나타나는지 연구할 계획이다. 베클러 교수는 "기초 연구의 발견이 장기적으로 기술 발전을 이끈다"고 덧붙였다.