흡수하는 빛으로 물질 탐지…새 스텔스기 감지법 개발

IBS, 물체가 흡수한 열 초정밀 감지하는 이론 창안

현미경부터 자율주행차까지 감지 기술 변화 예상

반사 신호와 복사 신호의 해상도 원리. 왼쪽은 2개의 평면 목표물이 조준된 빔에서 에너지를 받으면 두 물체에서 빛이 복사돼 나온다. 오른쪽은 위치에 따른 광자 수 그래프로 파란색 실선은 물체에 쏜 빔, 파란색 점선은 반사돼 나오는 빛, 빨간색 실선은 복사로 발생하는 빛을 나타낸다.

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 물질에서 반사되는 빛이 아닌 흡수되는 빛을 이용한 물체 감지법이 개발됐다.

 기초과학연구원(IBS)은 첨단연성물질 연구단 프랑수아 암블라흐 연구위원(UNIST 자연과학부·생명과학부 특훈교수)이 대상(물질)의 온도 증가를 이용한 탐지기술을 이론적으로 제안하고 이를 이용해 일상생활에서 소리, 전파 같은 파장으로 초고해상도 영상 촬영이 가능함을 증명했다고 23일 밝혔다.
 
연구진에 따르면 장애물을 피해 비행하는 박쥐, 다른 차들의 위치를 인식하는 자율주행차 등은 목표물에서 반사돼 돌아온 빛, 소리, 전자기파로 목표물에 대한 정보를 얻는 원리를 활용한다.
 
이 기본 원리는 물체가 충분한 에너지를 반사했을 경우에만 사용할 수 있으나 스텔스 비행기는 빔을 반사하는 대신 흡수해버려 물체를 감지하기 어렵다.  단 이 경우는 반사가 없는 대신 물체에 흡수된 에너지가 열로 변환돼 온도가 올라간다.

연구진은 "이번 연구는 빔이 만드는 온도 증가로 물체를 감지한다는 아이디어에 기반했다"면서 "모든 물체는 원자들이 가진 열을 빛 형태로 방출하는데, 이 빛을 읽는 것"이라고 설명했다.

하지만 레이더가 전달하는 에너지가 아무리 커도 스텔스기의 온도는 아주 미미하게 증가한다는 문제가 있다.
 
연구진은 대상에 빔을 쏴 발생시킨 온도변화에 따라 복사량이 크게 달라진다는 사실에 착안, 문제 해결에 나섰다.

연구를 통해 물체가 반사하는 빛이 빔 강도에 비례하는 것과 달리 복사로 방출되는 빛의 세기는 온도에 따라 매우 빠르게 증가하는 초선형성의 특징을 띄기 때문에 연구진은 아주 짧은 시간동안 나타나는 온도 상승을 포착해 복사광선 감지가 가능하다는 것을 확인했다.

또 이 초선형성 때문에 좁은 영역에 빔을 비춰 복사광선을 감지하면 반사를 이용했을 때는 달성하지 못했던 높은 해상도를 달성할 수 있음도 증명했다.

쏴주는 빔 에너지가 클수록 이론적으로는 복사광선 방출 지점의 크기가 한없이 작아진다. 이에 따라 극도로 가까운 두 점을 구분할 수 있게 만들어 해상도를 높일 수 있다.

이번 연구에서 제안한 복사광선 감지는 광학현미경을 넘어 다른 빔에도 초고해상도를 가능하게 한다는 데 의의가 크다.

 초고해상도 개념은 분자가 빛을 흡수하고 방출하는 원리이기 때문에 레이저를 이용한 현미경에만 적용할 수 있지만 열복사를 이용한 이번 연구는 에너지를 가진 빔이라면 무엇이든 적용할 수 있어 레이더와 같은 장거리 탐지를 기존의 해상도보다 훨씬 향상시킬 수 있다.

이번 연구는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications, IF 11.878)’ 온라인판에 지난 17일 게재됐다.논문 제목은 Super-resolution provided by the arbitrarily strong superlinearity of the blackbody radiation. Nature Communications.

제 1저자인 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.


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