미시 세계에 존재하는 물체가 이동할 수 있는 새로운 형태의 운동 원리를 울산과학기술원(UNIST) 연구진이 밝혀냈다.

5일 UNIST에 따르면 물리학과 정준우 교수팀은 액정 안에서 주기적으로 크기를 바꾸는 것만으로도 물체들이 한 방향으로 나아갈 수 있다는 사실을 발견하고, 이론 모형도 함께 제시했다.

대칭을 이루는 공 모양인 공기 방울은 모든 방향으로 일정하게 커지거나 줄어들어 그 중심이 움직일 수 없는데, 액정에 들어 있는 공기 방울은 움직임이 달랐다.

각종 디스플레이에 널리 사용되는 액정은 액체처럼 흐르지만 고체처럼 정렬된 구조를 가지고 있다.

연구팀은 지름이 머리카락 굵기 정도인 공기 방울을 액정에 넣고 압력을 조절해 방울의 크기를 주기적으로 변형시켰다.

그 결과 공기 방울이 한 방향으로 움직이는 것을 확인했다.

물 안에서는 크기가 변해도 한 방향으로 나아갈 수 없다는 것과는 대조적이다.

연구팀은 이러한 현상이 액정의 위상 결점이라는 특별한 구조 때문이라고 설명했다.

액정은 공기 방울 옆에서 구조가 흐트러지며 위상 결점이라는 특별한 구조를 만드는데, 결점이 공기 방울의 어느 한쪽 부분에서만 만들어지기 때문에 방울의 대칭적인 모양에도 불구하고 한 방향으로 더 큰 힘을 받을 수 있다.

제1저자 김성조 연구원은 "대칭적인 물체가 대칭적인 움직임을 반복하는 것만으로도 한 방향으로 움직일 수 있다는 것을 최초로 관찰한 것"이라며 "액정 외에도 다양한 종류의 복잡 유체에 같은 원리를 적용할 수 있을 것"이라고 말했다.

정준우 교수는 "시공간의 대칭성 깨짐이 미시 세계에서의 운동에 큰 역할을 한다는 것을 보여준 흥미로운 결과"라며 "미세 로봇을 만드는 연구에도 유용할 것"이라고 말했다.

연구 결과는 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션스'(Nature Communications)에 지난달 9일 온라인으로 게재됐다.

연구는 과학기술정보통신부 한국연구재단, 기초과학연구원, 슬로베니아 연구재단의 지원을 받았다.

윤승훈 기자  press@jeonpa.co.kr

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