기계연구원 나노자연모사연구실 허신 책임연구원 연구팀이 개발한 음향 메타렌즈 실험장치를 살펴보고 있다. [제공=한국기계연구원

한국기계연구원 허신 박사 연구팀
생체인식 시장 원천기술 활용 기대

핀테크 기술의 확산 등 생체인식 기술에 적용 가능한 핵심원천기술인 고해상도 메타렌즈 제조기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다. 향후 초음파 지문인식 등 생활 속 음향 이미징이 필요한 분야에 활용될 전망이다.

한국기계연구원 허신 박사 연구팀은 특정 주파수를 갖는 두 음원을 메타렌즈에 통과시켜 회절한계의 4배까지 이미징하는데 성공했다고 밝혔다.

물체의 형상정보를 전달하는 소멸파는 거리에 따라 급격히 사라지지만 메타렌즈에 통과시키면 내부에 공진터널링 현상이 발생하면서 소멸되지 않고 이미징 할 수 있다.

현재 스마트폰 지문인식에는 지문패턴에 따른 정전용량의 변화를 감지, 이를 이미징하는 정전용량방식이 주로 쓰이고 있다. 하지만 최근에는 지문복사 등으로 해킹 위험이 제기되고 있어 미국 등 선진국을 중심으로 더욱 보안성이 높은 초음파를 이용한 지문인식 기술 개발이 활발히 이뤄지고 있다.

이번에 개발된 음향 메타렌즈 기술은 초음파 지문인식에 적용할 수 있는 핵심원천기술이다.

연구팀의 독창적인 설계가 적용된 음향 메타렌즈를 스마트폰 지문인식 기술에 적용하면 이미징 해상도를 4배 향상시킬 수 있다. 지문인식 해상도를 높이면 지문의 패턴을 더 자세히 이미징할 수 있어 더 강력한 보안이 가능하고, 음파의 우수한 투과특성 덕분에 지문인식에 필요한 전력소모도 줄일 수 있다.

연구팀은 음향 메타렌즈 내부에서 1차 및 2차의 공진터널링 현상이 발생하는 것을 규명하고, 이를 이용해 회절한계를 4배 뛰어넘는 이미지 측정에 성공했다. 음향 메타렌즈의 1차 및 2차 공진터널링 주파수를 이용해 서브파장 이미징에 성공한 것은 이번이 처음이다. 기존 음향메타 이미징기술은 필요한 이미징 주파수에 따라 렌즈의 두께를 다르게 만들어야 했지만, 이 기술을 활용하면 개발된 음향 메타렌즈의 두께를 다르게 할 필요가 없다. 또 현미경의 렌즈배율을 높이듯 물체를 한층 고해상도로 확대 관찰할 수도 있다. 제작비용도 크게 절감할 수 있다.

허신 박사는 “우리 생활에 많이 쓰이고 있는 음향 이미징 장치의 성능을 크게 향상시켜 신뢰성을 높일 수 있는 기술”이라고 말했다. 이번 연구성과는 국제학술지 ‘사이언티픽 리포트’ 10월 19일자 온라인판에 게재됐다.

구본혁기자/nbgkoo@heraldcorp.com