[천지일보=박주환 기자] 김상연 코리아텍 교수와 연구팀이 미래창조과학부 미래융합 파이오니아사업의 지원을 통해 고분자 소재를 이용해 세계 최초로 자체적으로 초점을 변화시킬 수 있는 초박막 인공수정체 개발에 성공했다.
김상연 교수와 연구팀(남병욱 에너지신소재화학공학부 교수, 배진우 버클리대학교 박사, 신은재․최동수 코리아텍 박사과정 등)이 주목한 물질은 집에서 음식물 보관 등에 주로 사용하는 친환경 물질인 랩이었다.
김상연 교수와 연구팀은 랩 내에서 분자들이 움직이기 시작하는 온도(유리전이온도)를 저하해 유연성을 부여하고 전압을 가하면 랩이 변형된다는 사실을 밝혀내고 변형이 최대화할 수 있도록 해 초점이 자동으로 변화되는 800마이크로미터 두께의 초박막 인공수정체를 개발했다.
김상연 교수와 연구팀이 개발한 인공수정체는 원하는 대로 형상이 변화하며 사람의 눈보다 초점거리를 더욱 다양하게 변화시킬 수 있고 빠른 응답 속도와 저 전력 구동이 가능하다.
연구팀은 다량의 분자들이 움직이기 시작하는 온도(유리전이온도)를 저하시켜 유연성을 부여하는 물질인 가소제에 소량의 폴리염화비닐 고분자를 넣어주면 고분자의 얽힘에 의해서 젤(Gel) 상태가 되는 현상을 확인하고 전기를 걸어주면 형상이 변화하는 것을 알아냈다.
특히 이 물질은 분자량과 가소제양을 조절해 기계적 물성 및 광학적 전기적 특성이 조절 가능하다는 것을 밝혀냈다. 광학적 구조연구를 통해 인간 눈보다 더 넓은 범위의 초점 가변형 인공수정체가 되는 것을 확인했다.
본 연구의 실무책임을 맡은 공동 제1저자 신은재 박사과정은 “이번 연구성과는 중력 등 외부환경에서도 보다 쉽고 경제적으로 광학분야에 이용할 수 있는 원천 기술을 개발한 것”이라며 “인공수정체뿐 아니라 렌즈 기술의 새로운 패러다임을 가지고 올 것이며, 기존 기술로는 구현할 수 없는 초박막형 초점거리 가변 렌즈, 홀로그램 등 새로운 연구 분야의 시발점이 될 것”이라고 밝혔다.
김상연 교수는 “초점 가변형 초소형 인공수정체는 일반 로봇뿐 아니라 초소형 비행 로봇에 장착되어 넓은 재난 현장을 빠짐없이 정찰할 수 있다. 또 렌즈 크기에 의해서 작아지기 힘든 내시경 혹은 카테터(catheter. 인체 소화관 등의 내용액 배출을 측정하기 위해 사용되는 고무 또는 금속제의 가는 관)에 장착되면, 통증 없이 기존 내시경으로 보기 힘든 부위까지 몸 안을 더 넓고 정확하게 고화질로 선명하게 관찰할 수 있어 전기전자, 의료, 군사 등 다양한 고분가치 응용분야 기술개발에 기여하거나 활용할 수 있을 것”이라고 연구의 의의를 설명했다.
한편 이번 연구 성과(논문 제목: High-Performance PVC Gel for Adaptive Micro-Lenses with Variable Focal Length)는 22일 세계적 과학학술지인 네이처 자매지(사이언티픽 리포트 Scientific Reports) 온라인판에 게재됐다.