곤충 눈 모방한 초광각 디지털 카메라 개발
180개 미세렌즈로 왜곡 없이 160도 이미지 확보

기계공학과 정인화 교수가 왜곡 없이 넓은 각도의 촬영이 가능한 초광각 디지털 카메라를 개발, 세계적인 과학 저널 <네이처(Nature)>에 논문을 게재했다. 정인화 교수를 포함해 미국 일리노이대 존 로저스 교수, 송영민 박사 후 연구원 등 한국 · 미국 · 중국 과학자 14명으로 구성된 공동 연구팀은 '일렉트로닉 아이 프로젝트(Electronic Eye Project)’를 통해 곤충의 눈을 모방한 렌즈 연구를 수행했다. 곤충의 눈은 수백, 수만 개의 홑눈이 모여 있는 반구 형태의 겹눈 구조로 가만히 있어도 사방을 볼 수 있는데, 이러한 구조와 기능을 카메라에 재현해 160도 이상 화각으로 이미지를 얻을 수 있게 했다. 연구결과는 <네이처> 5월 2일자에 발표됐다.

늘어나는 전자소자 기술 활용
지금까지 학계에 곤충 눈과 유사한 렌즈를 개발하려는 노력이 많았지만 기술적 한계로 일부 모방하는 데 그쳤다. 또 기존의 광각 렌즈는 이미지가 왜곡되거나 손상되는 단점도 있었다. 정인화 교수는 "평면 이미지 센서를 곤충의 눈처럼 반구 모양으로 휘어지게 만드는 것이 어려웠다"면서 "늘어나는 전자소자 기술을 활용해 이미지 센서의 변형이 가능하도록 했다"고 설명했다.

연구팀은 실리콘 재질의 투명 고분자를 이용한 '늘어나는 마이크로렌즈’ 배열과 반도체 공정을 통한 '늘어나는 이미지 센서’를 각각 제작해 이를 결합, 반구형 모양으로 변형했다. 이미지 센서의 이미징 픽셀은 S자 모양의 전기선으로 연결해 센서를 잡아당겨도 스프링처럼 늘어날 수 있다. 연구팀이 개발한 카메라에는 지름 0.8mm 초소형 렌즈 180개가 사용됐다. 각각의 렌즈가 얻은 정보를 종합해 이미지 왜곡 없이 상이 맺힌다. 무한 심도 기능을 갖춰, 물체와 카메라 간 거리에 상관없이 선명한 이미지가 얻어진다는 장점도 있다.

기계 · 전자 · 재료 · 생체 분야의 융합
이번 연구는 반도체 공정만으로 만들 수 없는 카메라를 새로운 시스템으로 개발하기 위해 기계, 전자, 재료, 생체 전문가들이 머리를 맞댔다는 데 의미가 있다. "오차 없이 이미지를 얻기 위해 수많은 광학적 계산과 실험적 고찰을 거쳤다"고 설명한 정인화 교수는 "여러 분야의 협력이 있어 연구를 성공시킬 수 있었다"고 전했다.

곤충 눈을 모방한 렌즈는 디지털 카메라뿐 아니라 군사, 보안, 의료 등 다양한 방면에 응용될 수 있을 것으로 기대된다. 특히 렌즈가 작고 가벼워 정찰을 위한 초소형 무인 비행 로봇, 초소형 광각 내시경 개발이 가능하다.

학생들에게 재료역학과 공학설계 등을 가르치고 있는 정인화 교수는 앞으로 그래핀 등 신소재를 어떻게 실용적으로 활용할 수 있을지에 대한 연구에 집중할 계획이다.