소리를 이용해 수중 물체를 원격으로 이동

소리는 단순히 좋은 박자를 제공하는 것 이상의 역할을 할 수 있습니다. 음파는 해저 지도 제작부터 신장 결석 분해까지 모든 분야에 활용되어 왔습니다. 독특한 소재 구조 덕분에 연구원들은 이제 수중에서 물체에 직접 접촉하지 않고도 물체를 이동시키고 위치를 조정할 수 있습니다.

위스콘신-매디슨 대학의 박사과정 학생인 다준 장은 5월 20일 화요일에 수중 음향 조작을 위한 메타물질 개발에 관한 연구를 발표할 예정입니다. 이 연구는 5월 18일부터 23일까지 열리는 미국 음향학회의 제188회 학술대회와 제25회 국제음향학회에서 공동으로 진행될 예정입니다.

메타물질은 구조상 독특한 특성을 나타내는 복합 소재입니다.

장이 개발한 메타물질은 표면에 작은 톱니 모양의 패턴을 가지고 있어, 인접한 스피커들이 음파가 반사되는 방식에 따라 각기 다른 힘을 가할 수 있도록 합니다. 장은 부유하거나 물에 잠긴 메타물질에 정밀한 음파를 전달하여, 부착된 물체를 원하는 만큼 밀고 회전시킬 수 있습니다.

물 속의 물체를 만지지 않고도 조작할 수 있다면 수중 작업이 훨씬 수월해질 수 있습니다.

대부분이 물인 인체 내부에도 사용할 수 있는데, 원격 수술이나 약물 전달과 같은 용도로 활용할 수 있습니다.

장은 "저희의 메타물질은 수중 로봇과 차량, 조립 부품, 의료 기기와 약물 등 액체 매체 속 물체에 다양한 음향 복사력을 가하는 방법을 제공합니다."라고 말했습니다.

그러나 물체 조작에 적합한 특성을 지닌 수중 메타물질을 제조하는 것은 어렵고, 특히 기존 방법으로는 더욱 어렵습니다.

장은 "현재 수중 메타물질 제작 방법은 필요한 분해능이나 재료 특성을 제공하지 못하며 일반적으로 매우 비쌉니다."라고 말했습니다.

"이 문제를 해결하기 위해 새로운 제조 방법을 개발했습니다. 이 방법은 비용이 저렴하고 구현이 쉬울 뿐만 아니라, 수중 메타물질의 핵심 요소인 높은 제조 분해능과 물과의 높은 음향 임피던스 대비를 달성합니다."

장은 실험에서 자신의 초물질을 사용하여 나무, 왁스, 플라스틱 폼과 같은 떠다니는 물체는 물론 물속에 완전히 잠긴 물체도 조작했습니다.

그는 각 물체에 초물질을 부착하고 음향파를 사용하여 밀고, 당기고, 회전시켰습니다.

이 기술을 통해 그는 물에 잠긴 물체를 3차원으로 조작할 수 있게 되었습니다.

장은 더 작고 유연한 메타물질 패치를 개발하여 연구를 계속할 계획입니다.

그는 자신의 연구가 의학과 수중 로봇공학에서 새로운 활용 분야로 이어지기를 바랍니다.

"저희 연구는 수중 음향 메타물질과 원격 조작 모두에 새로운 가능성을 열어줍니다."라고 장은 말했습니다. "이제 음향 메타물질과 메타표면을 사용하여 수중 또는 체내 부상, 작동 및 조작 응용 분야에서 원격으로 힘을 생성할 수 있습니다."

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/05/250520224428.htm