College Of Engineering
서울공대 이야기
서울대 김윤영 교수팀,
초고감도 진동·초음파 센싱 기술 개발


- 기계 이상진단, 비파괴 검사, IoT 용 센서 기술의 새 지평 열어


 ▲ 왼쪽부터 서울대 기계항공공학부 김윤영 교수, 김기연 연구원
 
기계장치나 구조물의 이상 탐지를 위해 사용되는 진동 및 초음파 신호를 획기적으로 증폭시킬 수 있는 기술이 국내 연구진에 개발됐다.
 
서울대 공대(학장 차국헌)는 기계항공공학부 김윤영 교수팀이 진동·초음파 센서가 부착되는 곳의 양 옆에 한 쌍의 공진기를 부착해 센서 신호를 획기적으로 증폭시키는 기술을 개발했다고 13일 밝혔다.
 
기존의 센서 출력 증폭 기술은 센서 자체에만 국한돼 있기 때문에 신호 증폭에 한계가 있을 수밖에 없었다. 이에 연구팀은 발상의 전환으로 메타물질을 이용하여 센서 자체보다는 센서가 부착되는 주변의 유효 기계저항을 감소시켜 신호를 증폭시키는 새로운 개념을 개발했다.
 
연구팀은 개발된 기술을 대표적인 진동· 초음파 측정 센서인 압전 센서에 적용하면 신호가 기존 대비 무려 300% 이상 증폭될 수 있다는 실험 결과를 입증했다. 이 기술은 센싱 뿐만 아니라, 진동·초음파 가진에도 그대로 적용되기 때문에 그 활용 범위가 매우 클 것으로 기대된다.
 
김 교수는 “어긋난 공진기를 붙이면 센서가 부착된 주변의 기계적 저항을 사실상 영(0)으로 만들 수 있다는 아이디어에 착안해 이 기술을 개발했다”며, “이번 기술은 IoT의 핵심인 센싱 기술에 바로 접목할 수 있다는 점에서 실시간 기계 이상 진단 분야에 큰 파급 효과가 있을 것”이라고 밝혔다.
 
이번 연구 결과는 국제 저명 학술지 네이처 커뮤니케이션즈(제 1저자 김기연 연구원)에 12월 10일자로 발표됐다.
 
이 연구는 2018년 과학기술정보통신부의 글로벌프런티어사업 파동에너지극한제어연구단과 한국연구재단의 지원을 받아 수행됐다.
 

▲ 초고성능 초음파 트랜스듀서. 중앙의 압전 트랜스듀서로부터 출력된 탄성파(종파)가 양 옆의 공진기를 지나며 그 파동이 증폭되는 현상. 실험 결과 트랜스듀서의 출력이 약 3배 이상 증폭됨을 확인하였다(아래).
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