수중 메타서페이스 단위구조 해석 및 설계 기술개발

Abstract

최근 초음파 분야에서 메타물질과 메타서페이스에 기반한 새로운 연구가 다수 진행되고 있으나, 대부분의 연구가 탄성체와 공기 중에서의 음파에 초점을 맞추고 있으며 초음파 비파괴 검사 중 한 축을 차지하는 수중 초음파 분야로의 적용 사례는 극히 미비하다. 특히 메타서페이스 기술은 얇은 구조로 초음파를 원하는 대로 조절할 수 있는 뛰어난 장점에도 불구하고 아직까지 수중 음향 분야에 메타서페이스가 실험적으로 검증된 것은 전무한 실정이다. 본 연구에서는 수중 초음파 분야에 메타서페이스를 적용하기 위한 첫 단계로, 주어진 입사파를 원하는 방향으로 반사시킬 수 있는 수중 메타서페이스 기술을 제시하고 실험적으로 검증하였다. 특히 수중 메타서페이스 기술은 기존의 공기중에서의 음향 메타서페이스 기술과는 달리 음향-고체 간 연성 효과가 매우 활발히 일어나며, 이로 인해 표면에서 메타서페이스의 굽힘 현상이 활발히 발생함을 확인하였다. 이는 메타서페이스가 원치 않는 방향으로 거동하게끔 하는 요인으로, 이를 고려한 개선된 수중 메타서페이스를 제시하였다. 시뮬레이션과 실험을 통해 개선된 메타서페이스의 성능을 검증하였으며, 본 연구는 향후 다양한 수중 초음파 장치로 확장할 수 있으리라 기대한다.