​극한의 저온에서도 안전하게 자율주행 돕는다

2024-06-19 연구/산학

응용물리학과 김선경 교수 연구팀, 레이더 전파 완전 투과하는 금속 메타 필름 개발 

레이더 표면 결빙 제거, 레이더 신호 송수신 극대화

자동차, 드론, 선박 등 이동체가 자율주행하기 위해선 주변 물체의 위치와 속도를 파악하는 레이더가 필요하다. 레이더는 자율주행에 있어 사람의 눈과 같은 역할을 하는데 마이크로파 고유의 높은 투과성으로 악천후 상황에서도 정상적으로 감지할 수 있다. 하지만 낮은 기온으로 레이더 표면에 결빙 또는 서리가 맺히면 레이더 신호가 감쇠해 사고 확률이 높아진다. 이를 막기 위해 레이더 표면에 금속 발열 필름을 부착해 서리를 방지하지만 이 역시 레이더 신호 손실이 발생한다.

다양한 기후 조건에서 자율주행의 안정성 보장 

응용물리학과 김선경 교수 연구팀이 레이더 신호 손실을 방지하는 금속 메타물질 필름을 개발했다. 이 필름을 레이더에부착하면 극한의 환경에서도 안전하게 자율주행을 구현할 수 있다. 김선경 교수는 “개발한 메타물질 필름은 전파를100% 투과하면서도 낮은 전기저항을 나타낸다”며 우수성을 설명했다. 연구는 학문적 가치를 인정받아 세계적인 학술지＜Nature Communication＞(IF 16.6)에 6월 게재됐다.

레이더에 부착하는 금속 발열 필름은 가시광 영역의 시야 보장 때문에 투명성 확보가 중요했다. 김선경 교수 연구팀은 메타물질을 활용해 마이크로파 대역에서 높은 투과율을 달성하는 데 초점을 맞췄다. 김선경 교수는 “마이크로파 대역에서의 투명 발열 필름 연구가 이뤄지지 않아 다양한 기후 조건에서 자율주행의 안정성을 담보하기 어려웠다. 이번 연구로 자율주행 기술의 한계를 개선하기 위해 도전했다”고 연구 배경을 밝혔다.

메타물질은 유전율이 잘 알려진 물질을 구조화하거나 특정 문양으로 배치하는 방식으로 특정 주파수 영역에서 원하는 유전율을 나타내도록 인위적으로 설계한 물질이다. 김선경 교수 연구팀은 필름 표면의 70% 이상이 금속 물질로 덮여 있으면서도 레이더 전파를 완전히 투과하는 특정 문양의 금속 메타필름을 개발했다.

“자율주행 구현에 표준이 될 것”

개발한 메타필름은 세계 최고 수준의 전기저항을 기록했고, 영하 20도 이하의 극저온 환경에서도 두꺼운 얼음을 순식간에 제거했다. 김선경 교수는 “극저온 환경에서도 레이더가 정상 동작함을 나타낸 결과”라며 “자율주행 구현에 꼭 필요한 표준기술이 될 가능성이 있다”고 강조했다.

이번 연구 결과는 자율주행 외에도 마이크로파의 간섭 또는 공진의 억제가 필요한 분야에서도 활용될 수 있다. 김선경 교수는 “전파로부터 민감한 기기를 보호하거나 특정 주파수 대역의 전파를 차단하는 용도로도 쓸 수 있다”고 설명했다. 다양한 응용 분야에 활용하기 위해 곡면 구조로도 만들 수 있어야 한다. 김선경 교수 연구팀은 곡면에 맞춰 메타물질 구조 변수를 최적화할 계획이다.

김선경 교수는 “극저온 환경에서도 레이더가 정상 동작함을 나타낸 결과”라며 “자율주행 구현에 꼭 필요한 표준기술이 될 가능성이 있다”며 연구의 우수성을 설명했다.

글 김율립 yulrip@khu.ac.kr
사진 정병성 pr@khu.ac.kr

ⓒ 경희대학교 커뮤니케이션센터 communication@khu.ac.kr