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[IT뉴스]전기 신호로 기능 바꾸는 초소형 광학 소자…우주센서 활용 기대

온카뱅크관리자

2026-07-14 10:47:28

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> KAIST·매사추세츠공대(MIT) 
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 <img alt="KAIST와 MIT 공동 연구팀이 전기 신호만으로 각 픽셀을 독립 제어하는 초소형 광학 소자를 개발했다. ChatGPT 생성이미지" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202607/14/dongascience/20260714104353671wavs.png" data-org-width="680" dmcf-mid="4D5FXtZvRP" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202607/14/dongascience/20260714104353671wavs.png" width="658">
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 KAIST와 MIT 공동 연구팀이 전기 신호만으로 각 픽셀을 독립 제어하는 초소형 광학 소자를 개발했다. ChatGPT 생성이미지
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 전기 신호만으로 빛의 투과량을 조절해 열영상 센서나 분광기·적외선 카메라 등 다양한 기능을 수행할 수 있는 초소형 광학 소자가 개발됐다. 향후 위성이나 우주탑재체에서 임무가 달라질 때마다 광학 필터와 센서를 교체하지 않고 하나의 소자를 여러 센서처럼 활용하는 ‘소프트웨어 정의 센서’ 구현에 활용될 것으로 기대된다.
 KAIST는 김현정 항공우주공학과 교수팀이 주에이전 후 미국 매사추세츠공대(MIT) 교수팀과 공동으로 각 픽셀을 전기적으로 독립 제어할 수 있는 메타표면 기반 '투과형 중적외선 공간광변조기'를 세계 최초로 개발했다고 14일 밝혔다. 메타표면은 머리카락보다 작은 미세 구조를 배열해 빛의 통과량과 방향 등을 조절하는 초박형 광학 구조다. 연구결과는 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션즈'에 7일 온라인 게재됐다.
 공간광변조기는 빛의 통과량과 전달 형태를 화면 최소 단위인 픽셀별로 조절하는 광학 소자다. 중적외선은 물질 고유 분자 진동 정보와 뜨거운 물체의 열 정보를 담고 있어 가스 분석·열영상·재료 상태 진단·우주 센서 등에 활용된다.
 기존 중적외선 공간광변조기는 빛을 반사하는 방식이 대부분이다. 여러 픽셀을 각각 독립적으로 제어하기 어려워 장치를 소형화하거나 위성 탑재 센서·분광기 등에 적용하는 데 한계가 있다.
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 <img alt="연구이미지. KAIST 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202607/14/dongascience/20260714104354961tkjh.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="8eQM8x6bn6" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202607/14/dongascience/20260714104354961tkjh.jpg" width="658">
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 연구이미지. KAIST 제공
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 연구팀은 전기 신호를 받으면 빛을 통과시키는 정보가 달라지는 상변화 소재 'GSST'를 활용했다. GSST는 전기 신호에 의해 상태가 한번 바뀌면 전원이 꺼진 뒤에도 동일한 상태를 유지하는 비휘발성 특성이 있다. 기능을 유지하기 위해 전력을 계속 공급할 필요가 없어 전력 사용이 제한적인 위성·우주탑재체에 적합하다.
 광학 소자의 픽셀 수가 많아지면 선택하지 않은 픽셀로도 전류가 흐르는 '기생 경로'가 생길 수 있다. 연구팀은 각 픽셀의 원하는 곳으로만 전류가 흐르게 하는 '실리콘 PIN 다이오드'를 적용해 원하는 픽셀만 선택 제어하는 데 성공했다.
 그 결과 총 36개의 픽셀(가로 6픽셀·세로 6픽셀)을 독립적으로 제어하고 원하는 광학 패턴을 구현했다. 약 1만6700회 반복 구동 후에도 성능이 안정적으로 유지돼 기존 투과형 전기 구동 상변화 메타표면보다 약 13배 높은 내구성을 보였다.
 연구팀이 개발한 소자는 반도체 공정으로 광학 소자를 만드는 '실리콘 포토닉스' 기술을 기반으로 제작됐다. 향후 수백~수천 개 이상 픽셀의 대형 광학 소자로 확장하기 유리하다는 평가다.
 현재 연구팀은 픽셀마다 빛의 양을 조절하는 기능만 구현했지만 향후 메타표면의 미세 구조를 정밀하게 설계하면 빛 방향·편광까지 제어할 수 있을 것으로 기대한다. 하나의 광학 소자가 상황에 따라 가변 필터·온칩 분광기·초분광 영상장치·광통신 장치 등으로 기능을 바꿀 수 있는 것이다.
 기술이 상용화되면 우주 분야에서는 발사체 표면의 온도·손상 진단, 위성용 영상분광기, 우주정거장의 열 감시와 가스 누출 탐지, 우주 제조 공정 계측 등에 활용할 수 있다. 현재 KAIST 스타랩(STAR Lab)과 MIT 주에이전 후 교수팀이 실제 우주 적용을 목표로 협력 중이다.
 김 교수는 “새로운 광학 소자를 하나 더 만든 것이 아니라 하나의 광학 소자가 임무에 따라 다양한 기능을 수행하는 '소프트웨어 정의 센서' 시대의 기반을 제시한 것”이라며 “MIT의 나노포토닉스 기술과 KAIST의 우주센서 기술을 결합해 실제 우주 시스템으로 발전시키겠다”고 말했다.
 &lt;참고 자료&gt; doi.org/10.1038/s41467-026-75346-5  
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 <img alt="왼쪽부터 코스민 콘스탄틴 포페스쿠, 주에이전 후 교수, 김현정 교수. KAIST 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202607/14/dongascience/20260714104356196oggz.jpg" data-org-width="577" dmcf-mid="6P8PV6fzM8" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202607/14/dongascience/20260714104356196oggz.jpg" width="658">
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 왼쪽부터 코스민 콘스탄틴 포페스쿠, 주에이전 후 교수, 김현정 교수. KAIST 제공
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 [문혜원 기자 moony@donga.com]
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