드론, 비행기, MRI, 공조 시스템 등 다양한 분야에 적용 가능
미국 보스턴대학(Boston University) 연구팀이 소음 대부분을 차단할 수 있는 새로운 메타물질을 개발했다. 소음이 큰 무인 항공기의 프로펠러와 비행기의 엔진, MRI 장치 등에 사용하면 소음 공해 해결에 도움이 될 것으로 보인다.
연구팀은 소음을 차단하면서 통기성을 유지할 수 있는 구조를 설계하고 3D 프린팅 기술을 사용해 공기 흐름을 유지하면서 소리만을 차단하는 반지 모양의 구조를 개발했다. 연구 결과는 미국 물리학회가 발행하는 물리학 권위지인 '피지컬 리뷰 레터스(Physical Review Letters)'에 논문명 'Ultra-open acoustic metamaterial silencer based on Fano-like interference'으로 게재됐다.
소리는 매우 작은 진동에 의해 만들어진다. 연구팀은 수학적 계산으로 개방 구조를 통해 소리가 아닌 공기가 방출되는 것을 막는 음향 메타물질을 구축했다. 기본 원리는 메타물질에 들어오는 소리를 다시 되돌려 보내는 방식이다.
연구팀은 음향 메타 물질이 얼마나 방음 효과가 있는지 테스트하기 위해 스피커에서 소리를 제거할 수 있는 구조를 만들었다. 수학적 계산에 따라 소음을 가장 효과적으로 차단하는 물리적 치수를 모델링하고 이를 3D 프린터를 사용해 플라스틱으로 출력했다.
다음 동영상을 보면 스피커의 앞에 놓여있는 파이프가 소리를 전달하는 통로로 파이프의 끝에 원형의 부품이 소음을 제거하는 음향 메타물질이다. 동영상 중간에 파이프 끝의 음향 메타물질을 제거하면 큰 소리가 울려 퍼지고 있어 뛰어난 소음 제거 효과를 알 수 있다.
연구팀은 "소음의 94% 정도의 소리를 차단하는 데 성공했다"며, "시제품으로 만든 음향 메타물질의 효과가 입증되었기 때문에, 매우 뜨거운 주제인 아마존 등 드론을 사용하여 제품을 배달하는 데 관심을 갖고 있다"고 말했다.
실제로 무인 항공기 소음의 원인인 팬 밑에 소음 차단 구조를 설치하면, 지상을 향해 발산되는 소음을 제거할 수 있다는 얘기다. 또한 집이나 회사에 있는 팬이나 공조 시스템에 음향 메타물질을 설치하면 팬의 회전에 의해 발생하는 소음을 제거할 수 있다.
특히 이 음향 메타물질은 공기 흐름을 차단 필요가 없어 집이나 사무실의 공기 순환에 영향을 주지 않는다는 점이 기존 방음막과는 개념부터 확연히 다르다.
또한 음향 메타물질을 사용, 방음벽을 만들기 위해 타일과 벽돌로 사용할 수도 있다. 연구팀에 따르면 음향 메타물질은 모양이 링 모양일 필요는 없다고 한다. 입방체 또는 육각형으로 디자인 할 수 있어 방음벽을 만들 때 벌집 구조도 가능하다.
KPI뉴스 / 김들풀 전문기자 itnews@kpinews.kr
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