고려대·아주대 학부생 3명이 트랩 계산시간 2,900배 단축
교수 지도 없이 고려대학교와 아주대학교 학부생 3명이 음파를 이용해 물체를 공중에 띄워 이동시키는데 필요한 컴퓨터 연산 시간을 기존대비 2,900배 줄여 화제다. 연구결과는 공학분야 국제 학술지 '리절트 인 엔지니어링(Results in Engineering)'에 게재됐다. 참여 연구자는 고려대학교 최성준 물리학과 3년생, 구윤서 데이터과학과 3년생, 아주대학교 김윤채 국방디지털융합학과 3년생이다. 교신저자도 논문 제1저자인 최성준 3년생이 맡았다. 이들은 학생 독립 연구 동아리 '인스파티움'을 만들어 이번 연구를 수행했다. 이들은 센 소리가 약한 곳을 둘러싸면 중앙에 놓인 물체가 밖으로 빠져나가지 못하고 부양하는 원리를 적용한 트랩을 만들었다. 물체를 공중에 붙잡아 두기 위한 방법으로 통상 초음파 스피커에서 나온 소리의 힘을 이용했다. 김윤채 학생은 "문제는 물체를 다른 곳으로 옮길 때다. 새 위치에서 물체를 붙잡으려면 스피커마다 어떤 파동이 필요한지 컴퓨터가 매번 다시 계산해야 한다. 그런데 기존 방식은 이 계산에 28.93초가 걸려 물체를 빠르게 움직이기 어려웠다"고 말했다. 연구팀은 소리의 모양을 하나하나 맞춰 보는 대신, 물체가 떨어지지 않게 받쳐 주고 밀려나면 제자리로 돌려놓는 데 필요한 힘을 곧바로 계산하는 방법으로 연산 시간을 0.01초로 줄었다. 2,900배 단축한 것이다. 김윤채 학생은 "물체 이동을 기존 방식대로 할 경우 공간 이산화 시간 적분을 해야하기 때문에 시간이 많이 걸렸다"며 "공중부양한 물체 단면을 최적화, 부드러운 단면으로 만들어 초음파 트랩에서 계산 시간을 줄였다"고 설명했다. 이들에 따르면 트랩을 모양 기반이 아니라, 트랩이 되는 기준을 역학적으로 분석하면 부드러운 함수가 된다는 것. 이 함수는 최적화가 잘돼 최신기법도 사용할 수 있고 부드러운 단면이 합쳐져 계산시간을 2,900배 단축했다. 컴퓨터 시뮬레이션에서 목표 위치와 물체가 실제로 멈춘 위치의 차이도 평균 약 0.029mm로, 기존 방법의 약 9분의 1 수준이었다고 부연설명했다. 연구팀은 "당장 일상에서 쓰이는 기술은 아니지만 정밀한 작업에 활용될 수 있다. 세포 같은 작은 생물 표본은 집게로 집으면 망가질 수 있는데, 공중에 띄워 여러 방향에서 촬영하면 흔들림을 줄인 선명한 3D 이미지를 얻을 수 있다"며 "스마트폰 부품처럼 아주 작은 부품도 공중에서 옮겨 접착제로 붙이는 조립에 활용할 수 있다. 다만 정확도는 컴퓨터 시뮬레이션으로 확인한 결과여서 실제 제품에 쓰이려면 추가 개발이 필요하다"고 덧붙뎠다. 연구팀은 한국과학기술정보연구원(KISTI) 슈퍼컴퓨터와 고려대 산학협력단 장비 제작 공간 '엑스-개리즈(x-garage)'의 도움을 받아 연구를 진행했다.
