휘고 잡아당겨 늘여도 작동하는 음향소자 만들었다

<<이 기사의 국제 엠바고 7월 16일 오후 10시는 국제학술지 <사이언티픽 리포트

국내 연구진이 액체 금속을 이용해 작동 중에힘을 가해 휘거나 잡아당겨 늘여도 스피커·마이크 기능을 정상적으로 수행할 수 있는 음향소자를 개발했다.

고려대 화공생명공학과 하정숙 교수팀은 16일 코일과 자석의 상호작용으로 진동을 만들어내는 다이내믹 방식 음향장치의 코일 재료를 고체 금속에서 액체 금속으로바꿔 휘어질 뿐만 아니라 늘어날 수도 있는 음향소자를 만들었다고 밝혔다.

이 연구 결과는 네이처출판그룹(NPG)이 발행하는 국제학술지 '사이언티픽 리포트'(Scientific Reports. 7월 16일자) 온라인판에 주요 논문으로 소개됐다.

다이내믹 방식 음향 장치는 주변 공기를 진동시키기 위해 자석과 코일을 이용한다. 전하를 띤 물체가 전자기장 안에서 받는 '로렌츠 힘'에 의해 움직이는 코일이주변 공기를 진동시켜 소리를 낸다.

하지만, 지금까지 상용화된 음향장치들은 단단한 재료 특성 때문에 휘고 늘어나는 착용형(웨어러블) 음향기기 제작이 어려웠다. 압전방식과 정전형, 열전기 방식등은 휘어지기는 하지만 늘어나지는 않는다.

하 교수팀은 이 연구에서 다이내믹 방식의 음향 코일 재료를 구리 대신 액체 금속인 갈린스탄으로 대체, 스피커·마이크 기능을 하는 동안 휘거나 잡아당겨 늘여도성능을 유지하는 신축성 음향소자를 개발했다.

음향 코일은 신축성 있는 고분자 물질로 코일 형태의 마이크로채널을 만들고 그내부에 갈린스탄 액체 금속을 주사기로 주입해 제작했다.

연구진은 이렇게 만든 신축성 음향기기를 손목에 부착한 상태에서 지속적으로구부리거나 손으로 잡아당기는 등 기계적 변형을 가하면서 알람시계 소리와 사람 목소리를 녹음하고 또 같은 장치를 이용해 재생하는 실험(https://youtu.be/mxivwJvjUI8)을 했다.

그 결과 다양한 형태의 코일 변형에도 마이크와 스피커 성능이 그대로 유지됐으며 변형에 따른 코일 내부 액체 금속의 전도성 변화 폭도 6% 이내여서 음향적 성능에 거의 변화가 없는 것으로 나타났다.(https://youtu.be/mxivwJvjUI8) 연구진은 이 연구 결과는 고체 금속으로 된 음향 코일 재료를 액체 금속으로 대체하면 신축성 다이내믹 방식 음향기기를 만들 수 있다는 아이디어를 현실화한 것으로 인체 부착형 또는 웨어러블 음향기기로서 응용 가능성이 크다고 설명했다.

하 교수는 신축성 음향장치를 상용화하려면 구조적 최적화를 통한 장치의 성능향상과 정밀한 액체 금속 코일 제작 기술 개발, 단단한 자석을 대체할 수 있는 연구등 추가 연구가 필요하다고 말했다.

그는 또 "생체 부착형 음향기기는 여러 가지 생물학적 신호를 감지하거나 여러정보를 소리로 전달하는 기능을 할 수 있다"며 "추가 연구를 통해 성능이 개선되면웨어러블 건강 모니터링 장치로 심장 박동 같은 생체 신호도 측정할 수 있을 것"이라고 덧붙였다.

scitech@yna.co.kr(끝)<저 작 권 자(c)연 합 뉴 스. 무 단 전 재-재 배 포 금 지.>