한·불, 메타물질 기반 초정밀 라이다 기술 개발

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프랑스 국립과학연구소와 공동 연구
나노광학 기술로 충전·발열문제 해결
부피 줄이며 대량 생산…가격도 저렴
자율주행차·드론 등 응용분야 넓어

포스텍(총장 김무환)은 노준석 기계공학과·화학공학과 교수, 김인기 기계공학과 박사후연구원 박사, 화학공학과 통합과정 장재혁씨 연구팀이 메타물질 기반 초정밀 라이다 기술을 개발했다고 10일 밝혔다.

메타물질 기반 초정밀 라이다장치를 개발한 포스텍 노준석 교수(왼쪽)와 김인기 박사.
<메타물질 기반 초정밀 라이다장치를 개발한 포스텍 노준석 교수(왼쪽)와 김인기 박사.>

프랑스 국립과학연구소와 함께 개발한 이번 기술은 자율주행 자동차뿐 아니라 지능형 로봇, 드론, 3차원 파노라마 카메라, CCTV 및 증강현실(AR) 플랫폼 등 다양한 분야에 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

라이다 기술은 레이저 빔을 물체에 조사한 뒤 돌아오는 시간을 측정해 사물 깊이 정보를 측정하는 기술이다. 특히 라이다 센서는 자율주행 자동차, 지능형 로봇 및 무인항공기 분야에서 최근에는 아이폰에 탑재돼 3차원 얼굴인식이나 결제를 위한 보완 시스템에 적용되는 등 미래형 디스플레이 분야에서 주목받고 있다.

기존 라이다 장치(왼쪽)와 연구팀이 개발한 초소형 라이다 장치
<기존 라이다 장치(왼쪽)와 연구팀이 개발한 초소형 라이다 장치>

현재 자율주행 자동차 지붕에 달린 고사양 기계식 라이다 크기는 성인 주먹 두 개를 포개 놓은 부피 정도이며 가격은 수천만원에 달한다. 막대한 전력이 소모되는 충전 과정, 그로 인한 발열 문제 등 해결 과제도 많다.

연구팀은 메타물질 기반 나노 광학 기술을 적용한 초소형 라이다 기술로 이 같은 문제를 해결했다. 상변화 물질 기반 빔 스캐닝 기법, 점구름 생성장치를 이용해 빔 스캐닝이 필요 없는 플래시 타입 라이다, 광원-소자 집적기술 및 대량생산 기술과 같은 나노광학 기술이 핵심이다.

이번 연구성과는 라이다 기본 측정 원리에서부터 최신 초고속·초정밀 나노 광학 측정 기법 방법, 메타표면, 솔리톤빗, 광도파로 등 다양한 방면에서 나노광학 기술이 어떻게 라이다 센서 기술을 혁신할 수 있는지를 잘 보여주고 있다.

노준석 교수는 “연구팀은 현재 실제로 메타표면 장치 기반 초소형 복합 라이다를 개발하기 위해 여러 후속 연구를 진행하고 있다. 이번 연구가 성공적으로 진행되면 손가락 한 마디 정도 크기를 갖는 초고속·초정밀 라이다 장치를 값싸게 구현할 수 있다”고 밝혔다.

한편, 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 중견연구, 글로벌프론티어, RLRC지역선도연구센터, 미래소재디스커버리, ERC선도연구센터, 세종과학펠로우십, 교육부와 한국연구재단의 박사과정 연구장려금 그리고 (주)SL, LG이노텍의 지원을 받아서 수행된 이번 연구성과는 최근 나노과학 및 공학 분야의 최고 학술지인 '네이처 나노테크놀로지'에 초청 논문으로 소개됐다.

포항=정재훈기자 jhoon@etnews.com