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2013년 7월 17일 수요일

음파를 이용한 공중 부양



 음파 (sound wave) 를 사용해서 물체를 공중에 띄우는 (Levitation) 기술은 사실 널리 사용되고 있지는 않지만 새로운 기술은 아니라고 할 수 있습니다. 그러나 스위스 취리히 연방 공과 대학 Eidgenossische Technische Hochschule (ETH) Zurich 의 연구자들은 놀라운 수준의 음파 공중 부양 기술 ( acoustophoresis) 을 선보였습니다.   


 이들이 주목한 부분은 바로 물체를 손대지 않고 공중에 띄우는 방법이었습니다. 기존에 이를 위해 흔히 사용되는 방법은 자기장을 이용한 것으로 자성을 띈 물체를 자기장의 반발을 이용해서 공중에 접촉없이 띄울 수 있었습니다. 그러나 이 방법은 다룰 수 있는 물체의 종류에 한계가 있을 수 밖에 없었습니다. 더구나 물방울 하나 하는 식으로 정밀하게 물질을 제어하기 힘들었기 때문에 다른 물질과 혼합이 되어서는 안되는 정밀 화학 영역 연구 등에 응용하기 매우 힘들었다고 합니다. 


 ETH 의 박사 과정 (현재는 박사후 과정) 연구원인 Daniele Foresti 와 이 연구의 주임 교수인 Dimos Poulikakos ( Professor of Thermodynamics and head of the research project) 는 음파를 이용해 아주 작은 물체도 자유 자재로 다룰 수 있는 기술을 개발하는 연구에 착수했습니다. 이들이 목표로 하는 것은 단순히 음압을 이용해서 물체를 띄우는 것이 아니라 이를 자유 자재로 조작하는 것이었습니다. 


 그 결과는 상당히 인상적인 것인데 이들은 물방울 한개는 물론 이쑤시개 한개까지도 원하는 방식으로 조작이 가능하다는 것을 보여주었습니다. (아래 참조) 



(이쑤시개 한개를 원하는 방향으로 회전 시키는 모습  This toothpick flies and rotates on acoustic waves. (Credit: Daniele Foresti / ETH Zurich)




(물방울 한개와 결정 한개 (?) 를 공중에서 만나게 하는 과정. 음악으로 사용된 요한 스트라우스 2 세의 아름답고 푸른 도나우강의 경우 자연스럽게 영화 스페이스 오딧세이 2001 을 생각나게 만드는 것 같습니다.   )


 연구팀은 향후 이 기술이 여러가지 방식으로 응용이 가능할 것으로 기대했습니다. 예를 들어 다른 물질과의 혼합없이 공중에서 원하는 물질들만 반응시켜 미세한 화학 반응이나 생물학적 반응을 연구하는 정밀 화학 및 생물학 연구등에 사용이 가능할 수 있습니다. 자동차나 사람을 공중 부양 시키진 못하지만 아무튼 꽤 신기한 기술인 건 사실입니다. 


 참고 


Journal Reference:
  1. D. Foresti, M. Nabavi, M. Klingauf, A. Ferrari, D. Poulikakos.Acoustophoretic contactless transport and handling of matter in airProceedings of the National Academy of Sciences, 2013; DOI: 10.1073/pnas.1301860110


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