영화 <해리포터>에 등장하는 투명망토나 만화 <드래곤볼> 속 전투력을 측정하는 '스카우터 안경'을 기억하시나요?
어린 시절 스크린을 통해 보며 그저 막연한 상상 속의 산물로만 여겼던 이 마법 같은 기술들이 지금 대한민국 과학자의 손끝에서 현실로 다가오고 있습니다.
글로벌 테크 거물인 구글(Google)로부터 무려 '35억 원'이라는 파격적인 연봉 제안을 받았음에도 이를 과감히 거절하고 대한민국의 연구 단상에 남은 인물이 있습니다.
바로 포스텍(POSTECH) 기계공학과·화학공학과 노준석 교수입니다.
최근 과학계의 가장 권위 있는 비공개 학술대회이자 향후 노벨상 수상의 유력한 나침반 역할을 하는 '노벨 심포지엄'에 대한민국 과학자로는 유일하게 초청되며 전 세계의 이목을 집중시켰는데요.
세계 최정상 석학 단 26명만 모인 자리에서 K-과학의 위상을 드높인 노준석 교수의 혁신적인 기술, '메타물질'과 '메타렌즈'의 실체에 대해 자세히 알아보겠습니다.
## 1. 빛의 법칙을 거스르는 신물질, '메타물질'이란 무엇인가?
우리가 사물을 볼 수 있는 이유는 물체에 부딪힌 빛이 반사되어 우리 눈으로 들어오기 때문입니다.
하지만 자연계에 존재하지 않는 인공적인 구조를 통해 빛의 방향을 마음대로 꺾거나, 흡수, 산란시킬 수 있다면 어떻게 될까요?
이 인위적인 설계를 가능케 한 신물질이 바로 '메타물질(Metamaterial)'입니다.
메타물질로 감싼 물체는 빛이 부딪히지 않고 물체 표면을 따라 흐르듯 뒤로 휘어져 나가게 됩니다.
결과적으로 인간의 눈에는 물체가 마치 투명해진 것과 같은 착시 효과를 유도할 수 있습니다.
투명망토의 원리가 과학적으로 입증된 셈입니다.
이 메타물질의 획기적인 특성을 광학 분야에 접목하여 탄생한 차세대 소자가 바로 '메타렌즈(Metalens)'입니다.
메타렌즈는 머리카락 두께보다 수백 배 얇은 나노미터(nm) 단위의 인공 구조물들을 평평한 기판 위에 배열한 평면 렌즈입니다.
기존의 볼록하고 두꺼운 유리 렌즈의 한계를 뛰어넘어, 마이크로미터(㎛) 수준의 초박막 두께로 동등하거나 혹은 그 이상의 압도적인 광학 성능을 발휘하는 것이 특징입니다.
## 2. 삼성전자와 포스텍의 합작품, 안경 없는 3D 디스플레이의 서막 노준석 교수 연구팀은 최고 권위의 과학 학술지 '네이처(Nature)'에 관련 논문을 연달아 게재하며 세계를 놀라게 했습니다.
특히 이번 연구는 대기업 삼성전자 연구팀과의 긴밀한 협업을 통해 이루어낸 '상용화 원천 기술'이라는 점에서 그 가치가 더욱 높게 평가받고 있습니다.
연구팀이 개발한 기술은 바로 '안경 없이 2D와 3D 화면을 자유자재로 오가는 평면 디스플레이 소자'입니다.
기존에 극장이나 가전제품에서 3D 입체 영상을 구현하려면 반드시 무겁고 불편한 편광 안경을 착용해야만 했습니다.
안경이 필요 없는 무안경 방식이 존재하긴 했으나, 이는 정면 약 15도 내외의 좁은 각도에서 단 한 명만 제대로 볼 수 있다는 치명적인 한계와 극심한 화질 저하라는 단점을 안고 있었습니다.
하지만 노준석 교수팀은 미세한 전압 변화에 따라 빛의 굴절을 자유자재로 제어할 수 있는 두께 1.2mm 수준의 초박형 메타렌즈 스티커를 개발했습니다.
**전압이 인가되지 않을 때 (2D 모드):** 렌즈가 오목렌즈처럼 작동하여 빛을 왜곡 없이 직진시킵니다.
이를 통해 우리가 평소에 보는 고해상도의 텍스트나 웹 화면을 선명하게 출력합니다.
**전압이 공급될 때 (3D 모드):** 순식간에 볼록렌즈 형태로 광학적 성질이 전환되면서 시야각을 무려 100도 이상으로 넓혀줍니다.
이는 기존 기술 대비 무려 6배 이상 확장된 수치입니다.
이 기술이 스마트폰이나 TV 패널에 적용되면, 거실 소파에 온 가족이 둘러앉아 각자 다른 각도에서 화면을 바라보더라도 아무런 장비 없이 완벽하게 생생한 3D 입체 영상을 동시에 즐길 수 있게 됩니다.
## 3. 500만 원짜리 기술을 5,000원으로, 대량생산의 기적 아무리 인류의 삶을 바꿀 뛰어난 기술이라 할지라도 제작 단가가 지나치게 높다면 실험실 안의 전유물로 남을 수밖에 없습니다.
실제로 불과 6년 전만 하더라도 메타렌즈는 고도의 정밀 공정을 거쳐야 했기에 단 한 개를 만드는 데 무려 500만 원에 달하는 초고가 비용이 소요되었습니다.
노준석 교수 연구팀은 상용화의 가장 큰 걸림돌이었던 비용 문제를 해결하기 위해 성균관대학교 연구진과 손을 잡았습니다.
그리고 마침내 거대한 신문 인쇄기에서 종이를 찍어내듯, 나노 구조물을 초당 300개 이상 대량으로 찍어낼 수 있는 '롤투롤(Roll-to-Roll) 나노인쇄 공정'을 세계 최초로 개발하는 데 성공했습니다.
이 혁신적인 생산 공정 도입 덕분에 개당 500만 원이었던 메타렌즈의 제작 단가는 단돈 5,000원 미만으로 획기적으로 절감되었습니다.
원가를 1,000분의 1 수준으로 낮추며 마침내 전 세계 시장을 무대로 한 상용화의 문을 활짝 열어젖힌 것입니다.
## 4. 스마트폰 페이스ID부터 자율주행, AR 글래스까지의 무한한 확장성 메타물질과 메타렌즈가 바꿀 미래 일상의 영역은 디스플레이 분야에만 국한되지 않습니다.
이미 다양한 산업 전반에서 파괴적인 혁신을 예고하고 있습니다.
**스마트폰 생체 인식 및 페이스ID 소형화:** 애플 아이폰의 페이스 ID와 같이 3D로 얼굴을 인식하는 구조광 프로젝터 모듈의 크기를 기존 대비 10분의 1 이하로 축소할 수 있습니다.
모듈은 작아지지만 해상도는 대폭 향상되어 스마트폰의 카툭튀(카메라 돌출) 문제를 해결하고, 드론이나 서비스 로봇의 고정밀 자율 센서로 탑재될 수 있습니다.
**자율주행의 눈, 라이다(LiDAR) 혁신:** 자율주행 자동차의 핵심 장비이지만, 부피가 크고 비싸 차량 지붕 위에 흉물스럽게 튀어나와 있던 라이다 센서를 일반 차량용 블랙박스 크기 내부로 완벽히 소형화하는 데 성공했습니다.
**실감형 AR 글래스(스카우터)의 현실화:** 노준석 교수가 지향하는 최종 연구 목적지 중 하나는 일반 패션 안경 수준의 무게와 세련된 디자인을 갖춘 증강현실(AR) 글래스 개발입니다.
고도화된 홀로그램 영상 기술과 메타 광학이 융합되면, 머지않은 미래에 일상생활에서 가볍게 착용하고 정보를 실시간으로 확인하는 진정한 테크 웨어러블 시대가 열릴 것입니다.
## 5. [인사이트] "의대 열풍"을 향한 과학자의 돌직구와 한국 과학계의 과제 이번 노준석 교수의 연구 성과와 인터뷰 내용을 살펴보며, 가슴 벅찬 감동과 동시에 현재 대한민국 사회가 직면한 현실에 대해 깊은 생각을 해보게 됩니다.
최근 국내 교육계와 이공계는 '의대 쏠림 현상'으로 인해 심각한 인재 유출 몸살을 앓고 있습니다.
이러한 사회적 분위기 속에서 이공계 최전선에 서 있는 젊은 석학인 노 교수가 청소년들과 학부모들에게 던진 조언은 매우 묵직한 메시지를 담고 있습니다.
*"단순히 부모의 기대나 안정적인 수입이라는 주변 시선에 등 떠밀려 의대를 선택하기보다, 진정으로 자신이 가슴 뛰는 길을 찾기를 바란다.
특히 수학과 과학을 단지 '잘하는 것'과 그것을 진심으로 '좋아하는 것'은 엄연히 다른 영역이기에, 잘한다는 이유만으로 무조건 직업적 선택을 내릴 필요는 없다"*는 지적은 깊이 새겨볼 만합니다.
더불어 한국 과학 기술의 지속 가능한 발전을 위해 정부 정책을 향해 던진 제언 또한 매우 날카로웠습니다.
특정 유행 테크 트렌드에만 예산을 집중하는 소위 '몰빵식' 지원 정책을 지양해야 한다는 것입니다.
대신 수많은 독립적인 과학자들이 실패에 대한 두려움 없이 독창적이고 자율적인 연구를 수행할 수 있도록 연구비를 폭넓고 고르게 지원하되, 사후 결과에 대한 책임을 엄격하게 묻는 '미국식 자율·책임 연구 시스템'의 과감한 도입이 필요하다는 주장입니다.
정부의 기초 인프라 지원, 대기업(삼성전자)의 첨단 장비 협력, 그리고 국내 학계의 집요하고 타협 없는 연구 정신이라는 삼박자가 정교하게 맞물려 탄생한 이번 메타렌즈 기술.
머지않은 미래에 스웨덴 노벨상 시상식 단상 위에서 대한민국 과학자가 당당하게 수상 소감을 전하는 역사적인 순간이 찾아오기를 진심으로 응원합니다.
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