부산대 김창석 교수팀
건축물 안전 진단 방식 한계 극복
최첨단 광섬유센서를 탑재한 건축 구조물이 인체처럼 스스로 진동ㆍ변형 등 미세한 변화를 감지, 안전을 진단할 수 있는 원천기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.
부산대(총장 전호환)는 광메카트로닉스공학과 김창석 교수 연구팀이 스마트 건축물에 활용 가능한 실시간 준분포형 광섬유센서의 원천기술을 확보했다고 13일 밝혔다.
김 교수팀의 연구 성과는 세계적 자연과학 전문지 네이처의 학술자매지인 ‘사이언티픽 리포트(Scientific Reports)’ 온라인판에 8일 발표됐다.
이 연구는 지진이나 산사태, 태풍과 같은 자연재해뿐만 아니라 도심 지하터널 발파, 공사장 터 파기 진동, 충돌 사고, 노후화 붕괴 등에 대응해 고층건물ㆍ철도ㆍ교량ㆍ터널ㆍ발전소ㆍ선박ㆍ플랜트 등 건축 구조물도 미세한 진동이나 변형ㆍ구조상태를 실시간 조기 진단 가능한 센서 네트워크가 필요하다는 인식에서 출발했다.
기존 전기센서나 광섬유센서는 측정 개수와 속도 성능의 한계로 스스로 안전을 진단하는 스마트 건축 구조물에 아직까지는 보편적으로 쓰이지 못하고 있다.
이에 부산대 연구팀은 안과진료 및 뇌인지 이미징 등 의료용 광영상 컬러변조 레이저를 위해 개발했던 ‘무한반사 공명 기술’을 산업용 광섬유센서에 새롭게 융합하는 방식을 도입했다.
연구팀 관계자는 “동일한 반사 컬러 광섬유 브래그 격자 배열형 센서(FBG)를 수백개 이상 연결하더라도 각각 미세 진동을 분리해 변조 할 수 있고, 동시에 초고속 실시간 계측도 가능하다는 획기적인 실험 시연을 세계 최초로 성공했다”고 설명했다.
연구팀은 극한 상황의 광섬유센서 성능 증명을 위해 일반 건축물 보다 훨씬 빠르고 미세하게 떨리는 악기 기타 줄까지 시연에 사용했다. 기타의 3, 4, 5, 6번 줄에 접착시킨 광섬유센서로부터 측정된 각각의 초고속 미세진동이 빠짐없이 센싱 데이터로 수집ㆍ분석되고, 이 진동 신호로부터 원래 기타소리를 완벽하게 복원하는 과정을 통해 실험적 증명을 이뤄낸 것이다.
연구책임을 맡은 김창석 교수는 “건축 구조물을 지을 때 곳곳에 광섬유센서를 설치하면 어디서 어떤 진동이나 변형이 일어나는지 실시간 알 수 있는 스마트한 방식”이라며 “기존 방식에서 동시 측점 지점이 10여개를 넘지 못하는 한계가 있었지만, 이번 연구에서는 무한반사 공명 기술을 이용해 수백여개 지점별 미세 진동을 초고속 파악할 수 있다”고 밝혔다.
이번 연구의 기본 아이디어는 부산대 산학협력단 지원으로 국내외에 사전 특허출원 및 원천기술로 등록을 마쳤고, 국내 최대의 광섬유 전문 기업인 대한광통신으로의 기술이전에 따른 사업화를 앞두고 있다. 전혜원 기자 iamjhw@hankookilbo.com
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