펭귄 깃털 모사 ‘습기·발수 제거’ 동시에… 라이다 신호, 악천후에 ‘끄덕없다’

광주과기원, 습기·물방울 제거하는 ‘나선 구조체’ 개발 라이다 센서에 코팅해 전력 없이 햇빛만으로 습기 제거 비와 안개 등 악천후 환경에서도 '자율주행차의 눈' 역할을 하는 라이다(LiDAR) 성능을 유지하는 광학 코팅 기술이 개발됐다. 자율주행차를 비롯해 로봇, 드론, 스마트 윈도우 등 다양한 야외 광학 시스템의 안정성을 높이는 데 기여할 전망이다. 광주과학기술원(GIST)은 정현호 전기전자컴퓨터공학과 교수팀이 펭귄 깃털 구조를 모사한 '플라즈모닉 나선 구조체'를 개발했다고 9일 밝혔다. 이 구조체는 빛을 흡수해 열을 발생시키는 금속 나노입자와 물방울이 달라붙지 않는 나선형 미세구조를 결합한 인공 나노구조다. 기존 김서림 방지 코팅과 발수 코팅은 습기와 물방울 제거 기능을 동시에 구현하기 어려웠다. 또 기존 광열 코팅은 햇빛을 열로 바꾸는 성능은 우수하지만 라이다가 사용하는 근적외선 영역의 빛까지 함께 흡수해 센서 신호를 약화시키는 한계가 있다. 연구팀은 극한 환경에서 체온 유지와 방수를 동시에 수행하는 펭귄 깃털 구조에 주목했다. 펭귄 깃털은 나노크기의 멜라노좀(동물 털이나 깃털 속에 있는 색소 입자)이 빛을 흡수해 열을 발생시키고, 깃털 표면의 미세 구조가 물방울 부착을 억제하는 역할을 한다. 연구팀은 이런 원리에 착안해 빛을 흡수해 열을 발생시키는 동시에 물방울 부착을 막아 습기 제거와 발수 기능을 갖는3차원 실리카 나선 구조의 플라즈모닉 나선 구조체를 개발했다. 이 구조체를 자율주행 라이다에 코팅한 결과, 근적외선 영역에서 80% 이상의 투과율을 유지하면서 햇빛만으로 습기가 6초 이내 빠르게 제거됐다. 연구팀은 야외 라이다 실험과 내구성 평가에서도 안정적인 신호 수신 성능과 우수한 광학·발수 성능이 유지되는 것을 확인했다. 정 교수는 "별도의 전력 공급 없이 햇빛만으로 습기 제거와 발수 기능을 동시에 구현하면서 라이다 신호를 저해하지 않는 새로운 개념의 광학 플랫폼을 제시한 성과"라며 "앞으로 자율주행차와 로봇, 드론, 스마트 윈도우 등 다양한 야외 광학시스템에 활용될 것으로 기대한다"고 말했다. 연구결과는 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈' 지난달 27일 온라인에 실렸다. 이준기 기자 bongchu@dt.co.kr