영화 <해리포터>를 보면 마법학교에 들어간 해리가 투명망토를 둘러쓰고 위기를 피하는 장면이 종종 나온다. 투명망토의 현실화가 성큼 앞당겨졌다. 한국 과학자가 주도하는 국제 공동 연구팀이 투명망토를 만들 수 있는 신소재를 개발했다.

연세대 기계공학과 김경식 교수팀은 미국 듀크대 데이비드 스미스 교수팀과의 공동 연구로 전파가 반사되지 않고 휘어져 돌아가게 하는 ‘스마트 메타물질’을 개발했다.

스마트 메타물질의 기본 원리는 간단하다. 사람이 어떤 물체를 본다고 할 때, 우리 눈에 들어오는 것은 엄밀히 말해 그 물체가 아니라 물체에 부딪혀 반사되는 빛이다. 스마트 메타물질로 만든 투명망토는 가리고자 하는 물체에 빛이 반사되거나 흡수되지 않고 뒤로 돌아가게 해서, 물체가 마치 없는 것처럼 보이게 한다.

투명망토의 가능성은 2006년 처음 제기됐다. 스미스 교수와 영국 임피리얼 칼리지 런던(ICL)대의 존 펜드리 교수는 가시광선이 물체에 반사되지 않고 돌아가게 하는 ‘메타물질’을 처음 개발했다. 우리 눈은 물체에 부딪혀 반사된 가시광선을 인식해 물체를 보기 때문에, 가시광선이 반사되지 않으면 해당 물체를 볼 수가 없다. 그러나 이 물질은 크기가 수 마이크로미터(μm·1백만분의 1미터)에 불과했고, 망토가 접히거나 구겨지면 그 효과도 사라졌다.

김 교수팀은 ‘메타물질’의 단점을 보완해 2백제곱센티미터 크기의 ‘스마트 메타물질’을 만들었다. 여기에 위성통신에 쓰이는 마이크로파를 쏘이면, 전파는 그대로 돌아 나간다. 빛이 물체에 닿지 않고 뒤로 돌아가도록 하기 위해서는 인위적인 일정한 굴절률이 필요하다.

그러나 지금까지의 투명망토는 숨기려는 물체에 맞춰 설계했기 때문에 일정한 형상을 가지고 있어 접거나 변형하면 투명망토의 기능을 잃을 뿐만 아니라 작게 만들려면 공정이 어렵고 매우 많은 시간이 걸렸다.

김 교수팀이 개발한 ‘스마트 메타물질’은 탄성이 있을 뿐만 아니라 모양이 바뀌면 굴절률도 자동으로 바뀐다. 공상과학 영화에서처럼 마음대로 변형시켜도 성질을 계속 유지하는 신축성 있는 투명망토를 개발할 수 있는 단초를 마련한 것이다. 세계 최초다.

김 교수팀은 “현재 만든 물질을 수십만분의 1 크기로 작게 만들면 가시광선에도 투명효과가 나타난다”며 “수년 내에 눈에도 보이지 않는 투명망토를 개발할 수 있을 것”이라고 전망했다.

이번 연구결과는 세계적 과학전문지 <네이처(Nature)>의 온라인 자매지인 <네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)> 11월 20일 자에 실렸고, 네이처 출판사가 ‘One size cloaks all(하나로 모든 것을 감싼다)’이라는 제목으로 소개하는 ‘주요 연구 성과’로 채택됐다.

글·하주희 기자