연구진이 개발한 생체모방 재귀반사 플랫폼의 구조적 특징.[GIST 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 광주과학기술원(GIST)은 전기전자컴퓨터공학부 송영민 교수 연구팀이 에메랄드 제비꼬리나비의 날개를 모방한 단순한 구조의 초박막 재귀반사 플랫폼을 활용, 관측 방향에 따라 변화하는 다중이미지 디스플레이 시스템을 개발했다고 밝혔다.

이번 연구성과는 저조도(low-light) 환경 등 까다로운 조건에서도 가시성 높은 인식 기능을 가진 생체모방 센서 및 디스플레이에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

재귀반사란 빛이 어느 방향에서 어느 각도로 들어오더라도 빛을 내는 방향으로 빛을 반사하는 특성으로, 교통안전 표지판과 야간 안전장비 제작 등에 널리 활용되고 있다.

벌새, 딱정벌레, 그리고 일부 나비는 무늬와 색상을 통해 효과적으로 의사소통을 하는데 특히 에메랄드 제비꼬리나비의 날개는 여러 겹의 큐티클과 공기가 오목한 구조로 배열되어 있어 선명한 재귀반사 색상 유도가 가능하다.

다중이미지 재귀반사형 디스플레이의 응용 개략도 및 측정 결과.[GIST 제공]

이러한 에메랄드 제비꼬리나비의 날개 구조를 모방하기 위해 기존 연구들은 포토닉 크리스탈과 마이크로 반구 배열이 결합되어 있는 광학 구조 시스템을 주로 사용했다. 하지만 이러한 시스템은 제조 과정이 매우 복잡하며, 능동적이고 선명한 색상을 구현하는 데 한계가 있다.

이러한 문제를 해결하기 위해 연구팀은 단순한 형태인 필름형 금속 층에 다공성 층을 추가하여 선명한 무지갯빛 색상을 갖는 재귀반사 플랫폼을 구현했다.

마이크로 오목 구조의 곡률에 의해 점진적인 다공성을 갖는 구조가 증착되며 이로 인한 유효 굴절률 차이는 재귀반사의 특성을 유지하면서 동축 및 비동축을 포함한 다양한 조명 및 관측 조건에서 선명한 무지갯빛 색상을 갖는다.

이번 연구를 수행한 송영민(오른쪽부터) 교수, 고주환 박사, 여지은, 정효은 학생.[GIST 제공]

이번 연구 성과는 박막 증착 방법을 활용하여 색을 구현하기 때문에 넓은 확장성을 가지며 다양한 패턴을 구현할 수 있다는 장점이 있다.

이러한 장점을 바탕으로 연구팀은 다공성 매질 층의 패턴을 서로 다른 각도에서 증착함으로써 관측 방향에 따라 변화하는 패턴을 가지는 양방향 디스플레이 구현에 성공했다.

또한 실제 응용 분야에서 범용성을 높이기 위해 색 구현 층의 광학 특성을 사용 목적에 맞게 디자인할 수 있으며, 향상된 가시성을 가지는 수소 센서 및 동적인 색상 변화로의 응용이 가능하다.

송영민 교수는 “기존 생체모방 재귀반사 플랫폼에서 갖는 구조적 복잡성을 극복하고, 다양한 조건에서 선명한 무지갯빛 색상을 보이는 시스템을 개발했다”며 “무엇보다 다중이미지를 가지는 양방향 디스플레이에서 나아가 픽셀화된 색상 조정이 가능한 재귀반사 디스플레이로의 발전 가능성을 가지고 있으며, 향후 다기능적인 생체모방 센서 및 디스플레이 분야에 널리 응용될 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.

이번 연구결과는 생물리학 분야 국제학술지 ‘바이오센서 앤 바이오일렉트로닉스’ 6월 2일 온라인 게재됐다.