KAIST가 영화 속 투명 망토처럼 물체를 전파로부터 숨길 수 있고, 고무줄처럼 늘려도 성능을 유지하는 차세대 스텔스 핵심 기술을 개발했다.
KAIST 기계공학과 김형수 교수, 원자력및양자공학과 박상후 교수 공동연구팀은 액체금속 복합 잉크(LMCP)를 활용해 전자기파를 자유롭게 흡수하고 차단할 수 있는 신축성 클로킹 원천기술을 확보했다.
클로킹은 물체가 존재함에도 레이더나 센서 같은 탐지 장비에는 나타나지 않게 만드는 기술이다.
클로킹은 물체 표면에서 빛이나 전파의 움직임을 자유롭게 바꿔야 한다.
하지만 기존 금속은 단단해 잘 늘어나지 않고, 억지로 늘리면 전기가 끊어진다.
이런 한계 때문에 몸에 밀착되는 전자기기나 형태가 계속 변하는 로봇에 적용하기 어려웠다.
연구팀이 개발한 액체금속 복합 잉크는 고무처럼 말랑하지만 금속의 전기적 성질을 유지한다.
이 잉크는 길이를 최대 12배까지 늘려도 전기가 흐르고, 공기 중에 1년을 노출시켜도 녹슬거나 성능 저하가 거의 없는 장점이 있다.
이런 특성은 잉크가 마를 때 내부의 액체금속 입자들이 스스로 그물망처럼 연결돼 금속 네트워크 구조를 만들기 때문이다.
연구팀은 이 구조를 반복 무늬로 인쇄해 ‘메타물질’을 구현했다.
메타물질은 자연에 없는 성질을 내도록 설계한 구조로, 전파가 닿을 때 반응 방식을 미리 정할 수 있다.
이는 전파가 물체에 부딪혀 반사되지 않고 흡수되거나 돌아가게 만들어 레이더에 잡히지 않게 하는 원리다.
제작 공정도 단해 고온으로 굽거나 레이저로 깎는 과정 없이 프린터로 인쇄하거나 붓으로 바른 뒤 말리기만 하면 된다.
액체를 말릴 때 흔히 생기는 얼룩이나 갈라짐이 거의 없어 균일한 금속 패턴을 얻을 수 있다.
실제 연구팀은 이 잉크를 이용해 늘어나는 정도에 따라 전파 흡수 대역이 변하는 ‘신축성 메타물질 흡수체’를 세계 최초로 제작했다.
실험 결과 늘리는 정도에 따라 흡수하는 전파의 주파수 대역이 달라졌다.
이는 상황에 따라 다양한 탐지 신호로부터 물체를 더 완벽하게 숨길 수 있음을 의미한다.
(a) 기존 액체금속 기반 잉크들과 본 연구의 LMCP 잉크의 표면장력, 점도, 젖음성, 후처리 필요성 등을 비교한 결과. LMCP 잉크는 상대적으로 높은 점도와 우수한 젖음성을 유지하면서도 후처리가 필요 없는 장점을 지님을 보여준다. (오른쪽 레이더 차트: 전기전도도, 표면장력, 점도, 젖음성, 후처리 여부 등 주요 성능지표의 정성적 비교).
(b) LMCP 잉크의 self-sintering 특성을 기반으로 한 다양한 프린팅 방법: 노즐 기반 직접 프린팅(direct writing), 브러싱(brushing), 쉐도우 마스크(shadow mask)와 닥터블레이드(doctor blade) 공정을 이용한 패터닝, 그리고 롤투롤(roll-to-roll) 방식에서의 대면적 전극 제작.
(c) LMCP 전극의 신축성 및 전기적 안정성. 샘플을 0%에서 1200%까지 늘릴 때 저항 변화 측정 결과와, 3 V LED 구동 실험을 통해 0%~500% 변형에서도 안정적인 동작을 확인.
(d) LMCP 잉크로 제작된 다양한 패턴 및 소자 사례. 대면적 균일 코팅, 정밀 그리드 패턴, 균열 없이 형성된 금속 경로, 인장 상태에서 작동하는 LED 회로, 그리고 신축성 스파이럴(spiral) 전극 등 응용 가능 구조를 제시.
(e) LMCP 잉크가 다양한 기판(SIR, NBR, PVC, PET, WPU, PDMS, Latex)에 안정적으로 인쇄됨을 보여주는 예시로, 기판 종류와 관계없이 우수한 패턴 재현성과 부착성을 나타냄. KAIST
이 기술은 신축성, 전도성, 안정성을 모두 갖춰 움직임이 많은 로봇 외피나 몸에 밀착하는 웨어러블 기기에 전자기파 차폐 기능을 부여할 수 있다.
특히 국방 분야에서 형태가 변하는 군사 장비의 스텔스 성능을 극대화하는 데 적용될 전망이다.
김 교수는 “이 기술은 로봇 피부나 몸에 붙이는 웨어러블 기기, 레이더 관련 기술 등 국방 분야 스텔스 기술에 활용도가 높을 것”이라고 말했다.
한편, 이번 연구성과는 지난 10월 국제학술지 ‘스몰(Small)’의 표지논문으로 선정됐다.
(논문명: J. Pyeon H. Lee, W. Choe, S. Park, H. Kim, "Versatile Liquid Metal Composite Inks for Printable, Durable, and Ultra-Stretchable Electronics," Small 2501829 (2025)
DOI: https://doi.org/10.1002/smll.202501829 / 제1저자 편정수 박사, 공동저자 이현승 박사과정, 최원호 교수, 교신저자 김형수 교수, 박상후 교수)
