폭탄주 도수나 수박 당도를 그림자만으로 알 수 있다면 믿어질까. 국내 연구팀이 주스나 음료 당도, 국 염도뿐만 아니라 산업용 오일 노화정도, 체액을 통한 건강상태를 측정하는 데 그림자 원리로 간단하게 알 수 있는 방법을 개발했다.
김동성 포스텍 기계공학과 교수와 김원경 박사과정 연구팀은 복잡하고 비싼 광학장비 없이 그림자로 액체 굴절률을 간단하게 측정할 수 있는 굴절률 측정시스템을 개발했다.
액체 굴절률이 증가하면 그림자 너비가 감소하는데, 액체 당도와 그림자 너비 상관관계를 미리 알고 있다면 당도를 먹어보거나 장비 없이도 측정이 가능하다는 원리다.
빛 이동속도인 광속은 공기가 없는 상태에서는 가장 빠르고 매질 안에서는 느려지는데, 그 비율을 굴절률이라고 한다. 굴절률은 빛 굴절이나 반사와 관련이 있어 광학 분야에서 중요한 물성으로 알려져 있다.
이 굴절률을 정확하게 측정하기 위해서는 현미경이나 광학렌즈 같은 정밀하고 비싼 광학장비가 필요해 실생활에서 바로 측정하기가 쉽지 않다.
김 교수팀은 투명한 사각기둥에 원통형 저장공간을 만들어 투명하게 희석시킨 액체를 채우고, 이 사각기둥에 빛을 비출 때 생하는 그림자에서 실마리를 찾았다.
연구팀은 샘플 액체를 이용해본 결과, 굴절률과 액체 성질이 정확하게 맞다는 결과를 얻었다. 이 측정장치는 구조나 제작이 간단하고 외부전원이 필요하지도 않으며 정밀한 광학 장비도 필요치 않아 일반인들도 활용할 수 있다.
김동성 교수는 “구조나 제작 간단함은 물론 자연광을 이용하면 외부 전원이 필요 없어 산업계의 폭넓은 활용과 그 파급효과가 기대된다”고 설명했다.
네이처 자매지인 `사이언티픽 리포트(Scientific Reports)`에 발표된 이번 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단의 중견연구자지원사업(도약연구)과 선도연구센터육성사업(ERC) 지원을 받아 수행됐다.
대구=정재훈기자 jhoon@etnews.com
