과학자들, 유전 알고리즘으로 물체와 충전재 동시 투명화 기술 공개

• 유전 알고리즘을 사용해 충전재를 내부에 주입함으로써 물체의 전자기 산란을 최소화하는 새로운 기술
• 물체와 충전재 모두를 투명하게 만듭니다.

재료 공학의 최근 발전으로 과학자들은 투명화 분야에 더 많은 관심을 보이고 있습니다. 양자역학, 열역학, 음향학 등 투명화라는 용어가 나타나는 여러 분야가 있지만, 이 연구는 광학 범위에서의 전자기 투명화에 초점을 맞춥니다.

투명화 연구는 1967년 러시아 물리학자 빅토르 베셀라고(Victor Veselago)가 음의 유전율과 투자율을 가진 물질에 대한 이론적 분석을 발표하면서 현대 과학의 문제가 되었습니다. 이후 재료 과학은 급속한 발전을 보았습니다.

이 작업에서 연구자들은 충전재 클로킹 기반 방법을 사용해 물체의 전자기 투명화를 시연했습니다. 외부 층을 추가하지 않고, 물체 몸체 내부에서 투명화를 달성했습니다. 이 기술은 여러 이점을 가져오며 생체공학과 광학 시스템에서 새로운 응용을 엽니다.

해리포터의 투명 망토와는 다릅니다

산란 단면적(SCS)은 물체 가시성을 측정하는 잘 알려진 개념입니다. 총 입사 전력과 총 산란 전력의 비율입니다. 물체를 투명하게 만드는 대부분의 제안된 방법은 SCS를 0에 가깝게 줄이는 데 의존합니다.

이는 물체가 관찰자에게 어떤 빛도 반사하지 못하고 어떤 방향으로도 빛을 산란시키지 않음을 의미합니다. 또한 어떤 전력도 흡수할 수 없으므로 그림자도 형성하지 않습니다.

참조: Nature | doi:10.1038/s41598-018-32070-5 | 에스트레마두라 대학

아이디어는 외부 층을 추가하는 대신 충전 물질(들)을 통해 투명화를 달성하는 것입니다. 이는 해리포터의 투명 망토와는 전혀 다릅니다. 대신 H.G. 웰스의 SF 소설 <투명 인간>에서 영감을 받았습니다. 과학자 그리핀이 특이한 화학 물질을 주사해 투명 인간이 되는 내용입니다.

이미지 출처: Ambiaso/Fotocommunity

연구자들은 물체와 충전재 모두를 투명하게 만드는 플라즈모닉 클로킹 기법을 채택했습니다. 이는 외부 층에 의해 방해받지 않고 물체가 주변 환경과 상호작용하게 하므로 다른 방법들과 매우 다릅니다.

더 구체적으로, 제안된 방법은 유전 알고리즘을 사용해 충전재를 내부에 주입함으로써 물체의 전자기 산란을 감소시키는 데 기반합니다.

한계와 응용

외부 망토 대신 내부 망토를 사용하는 것이 이 방법을 다른 것들과 구별합니다. 그러나 주요 좌절이 따릅니다: 외부 망토로 얻은 것과 같은 수준의 투명화를 달성할 수 없습니다.

3차원 구조에 유효하지만 등방성 물체에만 해당합니다. 또한 큰 물체에는 사용할 수 없고 얻는 대역폭도 여전히 매우 작습니다. 그러나 저자들은 추가 개선의 여지가 많다고 믿습니다.

참고: 홀로그래피와 라이트필드 기술로 생성된 실용적 3D 디스플레이

투명화를 위한 충전재 사용 아이디어는 생체공학과 통신에서의 활용부터 비고체 물질 사용까지 다양한 응용을 엽니다. 가장 일반적인 예 중 하나는 측정 대상 기기를 방해하지 않는 투명 현미경 프로브에 사용하는 것입니다: 충전재로 투명화를 달성해 판독 변경을 방지할 수 있습니다.