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인공 잠자리눈 개발 … 고개 안 돌리고 뒤도 볼 수 있는 렌즈 |
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잠자리는 누가 살금살금 뒤에서 접근해 잡으려 해도 어느새 알아차리고 도망가 버리곤 한다. 머리 뒤에도 눈이 달린 것일까. 그런 셈이다. 둥근 공을 반으로 잘라 양쪽에 붙여 놓은 듯 불룩 튀어나온 잠자리 눈 하나 속에는 아주 작은 1만 개 정도의 초소형 낱개 눈(홑눈)이 나란히 정렬돼 있다. 이 때문에 뒤에서 다가오는 사람을 앞에서 바라보듯 볼 수 있는 것이다. 그런 잠자리 눈을 본떠 만든 인공 잠자리 눈이 실용화될 날이 멀지 않았다. 미국 버클리대 이평세 교수 주도로 고성능 인공 잠자리 눈이 개발되고 있기 때문이다. 이 교수팀은 홑눈 수천 개를 반구형으로 배열시킨 입체 인공 잠자리 눈을 지난해 개발했다. 홑눈은 빛을 받아들이는 렌즈 부분, 빛이 지나가는 길, 빛을 받아 영상을 맺히게 하는 카메라의 필름에 해당하는 부분으로 구성돼 있다.
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◆어떻게 만드나=잠자리 눈은 반구형으로 돼 있다. 그 속에 들어 있는 수많은 홑눈은 직진해서 들어오는 빛만 받아들인다. 이 때문에 잠자리 눈의 영상은 점들이 모여 만들어지는 모자이크 방식으로 형성된다. 문제는 각각의 홑눈을 대량으로 배열해 반구형으로 만드는 것이다.
기존 반도체 공정으로는 평면으로밖에 홑눈들을 배열할 수 없다. 이 때문에 일본 등에서 수백~수천 개의 홑눈이 배열된 인공 잠자리 눈을 만들었지만 그것은 평면 형태였다.
반구형인 진짜 잠자리 눈과는 거리가 멀었던 것이다. 잠자리의 홑눈은 약 1도 이하의 각도에서 들어오는 빛만 볼 뿐 그 이상으로 각도가 빗나가면 인식하지 못한다. 사람의 눈이 120도 이상의 넓은 시야각을 갖는 것과는 대조된다. 이평세 교수팀의 김재연.정기훈 박사는 2004년 0.75도 이상 벗어나 들어오는 빛은 받아들이지 않는 홑눈을 제작하는 데 성공했다.
실제 잠자리 눈 속의 홑눈의 성능에 손색이 없는 수준이다. 이를 붕어빵 틀과 같은 곳에 액체 상태의 실리콘 고무를 부은 뒤 굳히는 방법으로 한 평면에 수많은 초소형 렌즈가 배열된 구조를 만들 수 있었다. 실리콘 고무는 휘어지기도 잘하지만 경화제를 섞고 어느 정도 온도를 높여주면 딱딱하게 굳는 성질이 있다. 또 투명해 유리처럼 렌즈를 만드는 데는 적격이다. 연구팀은 이 특성을 십분 활용해 평면에 배열된 초소형 렌즈들을 구형 잠자리 눈으로 만들 수 있었다. 즉, 실리콘 고무를 붕어빵 같은 틀에 부어 수많은 초소형 렌즈가 배열된 평면 구조를 얻은 뒤 그 평면 밑을 진공 상태로 만든다. 그러면 진공 때문에 평면이 반구형으로 휘어진다. 빛이 지나는 길은 초소형 렌즈 밑에 감광 폴리머라는 물질을 깔아 해결했다. 감광 폴리머는 빛을 받으면 스스로 빛이 지나는 길을 만들어 주며, 빛을 더 비추지 않아도 그 길은 살아 있는 성질이 있다.
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◆응용 분야 넓어=연구팀이 만든 인공 잠자리 눈은 군사용, 의학 등 다양한 분야에 활용할 수 있다. 넓은 시야각을 가질 수 있는 눈을 로봇에 선사할 수 있게 된다.
군사용 로봇이 있다고 치자. 정찰 때 짧은 시간에 넓은 지역을 정찰할 수 있다면 전략적으로 유리하다. 의학 분야에서는 내시경에도 쓸 수 있다. 위나 장.혈관 등을 살펴볼 때 한 번에 넓은 부위를 관찰해 병소를 찾아내는 데 유용하다. 또 반구형 인공 잠자리 눈 두 개를 합해 원형으로 만들면 어떨까. 360도를 한 번에 볼 수 있는 원형 시각도 가능하게 될 것이다. 원형 시각은 정찰용.경비용 등 지금까지 볼 수 없었던 새로운 인공 잠자리 눈의 세계를 열 것으로 기대되고 있다.
◆동물들은 어떤 눈을 가지고 있나=동물이 영상을 보는 시각 메커니즘은 10개 미만이다. 그중 대표적인 것인 카메라 형태의 눈과 겹눈이다. 사람의 눈을 포함한 카메라 형태의 눈은 포유류.어류.파충류.양서류 등이 갖는 형태다.
겹눈은 낱개의 눈이 수백~만 개 배열돼 있는 형태다. 잠자리.파리 등 곤충류의 눈이 여기에 해당한다. 보통 반구형이며, 빠르게 움직이는 영상을 감지하는 특성이 좋아 인공으로 만들려고 하는 것이다.
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