인체처럼 스스로 감지하는 '스마트 건축물' 실현

인체의 신경망에 상응하는 광섬유센서 네트워크를 탑재한 건축 구조물이 스스로 아픔(진동·변형 등 미세한 변화)을 감지하고 안전을 진단할 수 있는 원천기술이 국내 연구진에 의해 개발돼 주목받고 있다.

부산대학교는 광메카트로닉스공학과 김창석 교수 연구팀이 스마트 건축물에 활용 가능한 실시간 준분포형 광섬유센서의 원천기술을 확보했다고 13일 밝혔다.

김 교수팀의 연구 성과는 세계적인 자연과학 전문지인 '네이처(Nature)'의 학술자매지인 '사이언티픽 리포트' 온라인판에 지난 8일 발표됐다.

이번 연구는 사람의 몸에 신경망이 구석구석 분포돼 매순간 아픔을 느낄 수 있기 때문에 건강한 몸을 유지하듯 지진이나 산사태·태풍과 같은 자연 재해 뿐 아니라 도심 지하 터널 발파, 공사장 터 파기 진동, 충돌 사고, 노후화 붕괴 등에 대응해 고층건물·철도·교량·터널·발전소·선박·플랜트 등 건축 구조물도 미세한 진동이나 변형·구조상태를 실시간 조기 진단 가능한 센서 네트워크가 필요하다는 인식에서 출발했다.

그러나 기존의 전기센서나 광섬유센서는 측정 개수와 속도 성능의 한계로 스스로 안전을 진단하는 스마트 건축 구조물에 아직까지는 보편적으로 쓰이지 못하고 있다.

이에 연구팀은 안과진료 및 뇌인지 이미징 등 의료용 광영상 컬러변조 레이저를 위해 개발했던 '무한반사 공명 기술'을 산업용 광섬유센서에 새롭게 융합하는 방식을 도입했다.

연구책임을 맡은 김창석 교수는 "건축 구조물을 지을 때 곳곳에 수 km 광섬유센서를 설치하면 어디서 어떤 진동이나 변형이 일어나는지 실시간으로 즉각 알 수 있는 스마트한 방식"이라며 "기존 방식에서 진동을 감지해 내는 데 반사 컬러가 사용돼 색의 제한에 따라 동시 측점지점이 십여 개를 넘지 못하는 한계가 있었던 데 반해 이번 연구에서는 '무한반사 공명 기술'을 이용해 반사 컬러에 관계없이 광경로(빛이 갔다가 돌아오는 총길이 차이)로서 수백 개 지점별 미세 진동을 1000Hz급 초고속으로 파악할 수 있도록 했다"고 설명했다.

김 교수는 "부산대 광메카트로닉스공학과의 광학·기계·전자·바이오 등 다학제 간 독창적 융합 교육을 바탕으로 김경훈 연구원과 이휘돈 연구원이 주도한 이번 신개념 광섬유센서 기술은 매일 접하는 다양한 건축물의 안전사고에 관한 국민들의 불안감을 줄일 수 있을 것"이라고 덧붙였다.

이번 연구의 기본 아이디어는 부산대 산학협력단 지원으로 국내외에 사전 특허출원과 원천기술로 등록을 마쳤다.

국내 최대의 광섬유 전문 기업인 대한광통신㈜으로의 기술이전에 따른 사업화를 앞두고 있다.

[e-mail] 노주섭 기자