메타물질, 우리도 누구나 영화의 주인공이 된다!

2415 유 진

영화 <해리포터>에서 주인공 해리는 투명망토를 사용해 몸을 숨긴 뒤, 곳곳에서 비밀 단서를 얻어내기도 하고 수차례 위기에서 벗어나기도 한다. 영화처럼 우리도 타인의 시선을 벗어나 자유를 누리고 싶어 한다.

누구나 한 번쯤은 꿈꿔봤을 몸을 숨길 수 있는 투명망토, 과연 실제로 가능할까?

영화 <해리포터>에서 주인공 해리가 투명망토를 사용해 몸을 가린 모습, 출처-네이버 영화'해리포터'

사물은 빛을 보는 것과 같다!

우린 사물을 어떻게 볼 수 있는 것일까? 모두 기억을 천천히 되살려보면, 중학교 1학년 과학시간에 배웠던 ‘빛과 파동’,‘빛의 합성’ 등을 기억할 수 있을 것이다. 우리가 사물을 보기 위해선 물체와 빛이 반응해야 한다. 따라서 사물을 볼 수 있는 건 '빛'이 있기에 가능하다.

중학교 1학년 과학, 저자 노태희, 천재교과서

그렇다면, 빛과 반응해야만 사물이 보이는 것인데 투명망토는 어떤 원리를 지녀서 빛과 반응하지 않는 것일까? 그리고 내가 투명망토를 입고 있다면 다른 사람에게 보이지 않는 거 외에 다른 특징이 있을까? 많은 궁금증을 불러오는 투명망토의 원리를 알아보도록 하자.

투명망토의 원리

투명망토는 신소재인 '메타물질'을 이용해서 만들어진다.

메타물질의 ‘메타’란 자연계의 존재하지 않는 특성을 가진 물질을 말하며, 메타물질은 이 특성을 구현하기 위해 빛의 파장보다 매우 작은 크기로 만든 금속이나 유전물질로 설계된 메타 원자의 주기적인 배열로 이루어진 물질, 즉 인공적인 물질이다.

메타물질은 자연적인 물질의 배열과 구조를 인공적으로 바꾸고 이에 따라서 특성이 바뀌기 때문에 메타물질의 구조를 바꾸면 물질의 특성까지도 새로워진다. 따라서 메타물질은 구조에 의해서 물질의 새로운 특성이 생겨 자연계의 존재치 않은 인공물질이 되는 것이다. 이 투명망토에 이용되는 메타물질은 빛이나 음파를 특이하게 반사 또는 굴절시키도록 만든 소재이다.

메타물질 개념도

메타 표면은 이차원의 파장보다 작은 메타 원자들의 배열로 이루어진 구조체로써 파장보다 작은 영역에서 산란하는 빛의 진폭, 위상 그리고 편광 등을 조절할 수 있는 특징을 가지고 있다. 물질을 이루는 구조의 배열과 패턴 등이 중요하게 작용해 기존에 나타나지 않던 물리적 특성을 만든다.

우리는 물체에 반사되어 나오는 빛을 통해서 사물을 보는데, 여기에 메타물질을 이용하면 밀도차로 인해서 인위적으로 빛을 굴절시킬 수 있다. 즉, 반사되는 빛이 없으므로 우리 눈에는 사물이 보이지 않게 되는 것인데, 우리는 이것을 스텔스 기능이라고 한다.

실제로 만들어진 투명망토

캐나다의 위장 기술 기업인 하이퍼스텔스가 2019년 10월 공개한 투명 스크린 기술.

캐나다의 위장 기술 기업인 하이퍼스텔스가 공개한 유튜브 영상에서는 투명망토의 실제 모습과 구현된 상태를 확인할 수 있다. 다만 현재 공개된 투명망토의 물질은 영화 <해리포터>에 나온 망토처럼 옷감의 형태가 아니라 반투명의 휘어진 플라스틱 패널의 형태를 띠고 있었다. 이때 플라스틱은 고분자로 이루어져 있다.

플라스틱 패널 바로 앞에서 뒤에 있는 물건이 가려진 모습을 볼 수 있다.

그러나 플라스틱 패널 앞이 아닌 다른 방향에선 헬멧이 가려지지 않았다.

이 회사가 공개한 유튜브 영상을 확인하여 보면, 커다란 책상 위에 올려진 2개의 투명 패널은 책상 위에 아무것도 없는 거처럼 보이게 만들었으나 카메라를 책상 앞쪽, 즉 패널이 있는 쪽 외에 다른 방향에서 보게 되면 헬멧 등 책상 위 물체의 존재가 드러나게 된다. 우리가 상상하던 영화 속 투명망토처럼 몸에 착용하거나 휘감는 형태는 아니지만 투명하게 만드는 스텔스 기능은 성공하였다는 것을 보여주는 영상이다.

뭐든지 가릴 수 있는 투명망토를 크게 만들 수는 없을까?

전문가들에 의하면 메타물질을 활용한 투명망토 기술은 이론적•실험실 수준에서는 제작할 수 있다. 하지만 나노미터 수준에서 하나씩 물질을 제어해 설계하고 제작해야 하므로 이를 크게 만들려면 비용이 많이 소모될 뿐만 아니라 만들기도 어려워 비효율적일 것이고 반사, 파동 현상을 광대역으로 제어해 스텔스 기능과 방음•흡음을 강화하기 위한 물질 연구들이 이뤄지고 있으므로 국내의 한 전문가는 “나노 수준의 메타물질로 넓은 면적의 투명 물질로 만들려면 시간, 비용 측면에서 한계점이 존재한다.”라며 “제작비용이 많이 들고 비효율적 요소가 많아 산업 요소기술로 활용도를 넓히는 추세”라고 설명했다.

메타물질, 투명망토에만 쓰이는 것은 아니다!

요즈음 최근 출시되는 핸드폰들을 보면 카메라 렌즈 부위가 툭 튀어나와 있는 이른바 ‘카툭튀’ 형태인 것을 종종 볼 수 있다. 이는 카메라 성능을 높이기 위해서 렌즈가 두꺼워진 것인데 이 부분도 신소재 메타물질을 이용하여 해결할 수 있다. 얼마 전, 국내 연구진이 기존 굴절 렌즈보다 1만 배 얇은 초박막 렌즈 개발에 성공했다. 나노입자 복합재를 통해 머리카락보다 100배 얇은 수준의 초박막 렌즈를 대량 생산할 수 있게 됨으로써 스마트폰에 들어가는 카메라의 크기를 획기적으로 줄일 수 있는 길이 열렸다.

기존 굴절 렌즈와 메타 렌즈의 두께 비교 사진, 출처-과학기술정보통신부

이런 메타물질의 메타 렌즈를 삼성도 처음으로 관심을 가졌고, 삼성전기가 차세대 카메라 모듈 기술의 방향성 중 하나로 ‘메타 렌즈’에 주목하고 있다. 관련한 구체적인 기술 개발에 나선 것은 아니지만, 관심을 두고 시장성이나 가능성 등을 검토하고 있다고 밝혔다.

삼성전기의 중앙연구소장 이시우 전무는 메타 렌즈는 아니지만, 나노 물질을 카메라 모듈에 활용하는 방안에 대해서도 언급했고, “렌즈의 경우 모든 빛을 반사하지 않도록 렌즈 표면에 나노 돌기를 적용하는 방안을 연구 중이며, 양산을 적용하려는 과정에 있다.”라고 밝혔다.

투명망토에 대한 내 생각

아직은 고분자 플라스틱으로 만들어진 방패 같지만, 기술이 더 발전해서 실제 망토의 재질로 이루어진 투명망토가 만들어져 일반 사람들도 영화의 한 주인공처럼 되는 날이 왔으면 좋겠다는 생각이 든다.

하지만 이러한 투명망토의 문제점을 생각하면 투명망토가 만들어져도 될지에 대해서 고민하게 된다. 투명망토는 말 그대로 몸을 숨길 수 있다. 따라서 사람들에게 보이지 않게 되는데 이는 범죄에 이용이 될 수 있다는 생각이 든다. 예를 들어서 일어나면 안 되는 일이지만, 투명망토가 발달해 망토처럼 휘감는 형태가 된다면 탈옥 그리고 결제하지 않고 물건을 훔쳐 가는 절도 행위, 그뿐만이 아니라 돈을 내지 않고 유료로 사용해야 하는 곳을 들어가거나 남의 집 등 무단침입뿐만 아니라 각종 범죄에 이용이 될 수 있을 거 같다. 또 투명망토를 사용하고 다닐 경우, 사람에게 보이지 않으니 사고의 위험도 클 거 같다.

이러한 문제점을 해결하기 위해서는 마트에서 물건을 훔치지 못하게 하기 위해서 만들어 놓은 ‘도난 경보기’라는 기기처럼 투명망토를 감지해 주위에 투명망토가 주위에 있는 것을 알려주는 것이 좋을 거 같다.

또 투명망토가 만약 나오게 된다면 매우 값어치가 있을 텐데 이를 고려해서 생각하면 볼링장처럼 투명망토를 전용으로 사용하는 ‘투명망토장’을 만들거나 자전거 전용도로가 있듯이 투명망토 전용도로, 구역을 설치하여 투명망토를 즐기면 좋을 거 같다.

<출처>

- 강민구 기자, “스텔스 기능 구현 메타물질...'해리포터 투명망토' 현실 될까”, 이데일리, 2021. 05. 05.

- 구본권 기자, “‘투명망토’ 기술 마침내 구현 성공”, 한겨레, 2019. 10. 17.

- 이후섭 기자, “머리카락 100배 얇은 초박막 렌즈 개발… 스마트폰 `카툭튀` 없앤다.” 이데일리, 2021. 01. 01.

- YouTube, Hyperstealth Corp(2020. 09. 12.), Hyperstealth's Quantum Stealth Version-2 Color Testing