정준우 교수팀, 대칭 물체의 비대칭적 움직임 첫 발견 및 이론 제시
울산과학기술원(UNIST)이 미시 세계에서 물질이 이동하는 새로운 형태의 운동 원리를 세계 최초로 발견했다. 미세 로봇 제작과 운용 등 다양한 분야에서 활용이 기대된다.
UNIST(총장 이용훈)는 정준우 물리학과 교수팀이 액정 속 공기 방울 크기를 주기적으로 바꾸면 이 공기 방울이 한 방향으로 이동한다는 사실을 발견했다고 5일 밝혔다. 정 교수팀은 이 현상의 원인을 설명하는 이론 모형도 제시했다.
둥근 공 모양의 공기 방울은 대칭 형태여서 환경 변화에 따라 모든 방향으로 커지거나 줄어들기 때문에 그 중심이 달라지지 않는다.
하지만 액정 속 공기 방울은 달랐다. 액정은 액체처럼 흐르지만 고체처럼 정렬된 구조다.
정 교수팀은 지름이 머리카락 굵기 정도인 공기 방울을 액정에 넣고 압력을 조절해 공기 방울 크기를 주기적으로 변형시켰다. 그 결과 물리학 법칙을 무시하듯 공기 방울이 한 방향으로 움직였다.
물 속에서 공기 방울은 크기가 변해도 특정 방향으로 이동하지 않는다.
정 교수팀은 액정이 공기 방울로 인해 구조가 흐트러지며 위상 결점이라는 특별한 구조를 만들기 때문이라고 설명했다. 이 결점은 공기 방울의 어느 한쪽 부분에서만 만들어져 공기 방울의 대칭적 모양에도 불구하고 특정 방향으로 더 큰 힘을 받는다. 공기 방울의 크기가 변하면서 액정을 밀거나 당겨 액정 구조를 흐트러뜨리고 커졌다 작아졌다를 반복하면서 한쪽으로 이동한다는 것이다.
정준우 교수는 “대칭적인 물체가 대칭적인 움직임을 반복하는 것만으로도 한 방향으로 움직일 수 있다는 것을 최초로 관찰 확인한 것”이라며 “시공간의 대칭성 깨짐이 미시 세계 운동에 큰 역할을 한다는 것을 보여준 흥미로운 결과로 미세 크기 로봇을 만드는 연구에 유용할 것”이라고 말했다.
이번 연구 성과는 네이처 커뮤니케이션즈 2월 9일 온라인 게재됐다.
울산=임동식기자 dslim@etnews.com
