이번에 개발한 렌즈는 3년 전 김상연 ·배진우 교수가 가정에서 사용하는 랩을 이용하여 개발한 인공수정체와 동작원리가 같은 자가 변형 렌즈를 더욱 발전시킨 것으로 전압을 가하면 형상이 변형되는 두께 약 800 마이크로미터인 ‘자가 변형 고분자겔형 렌즈’다.

연구팀은 복합가소화(Synergistic Plasticization) 방법을 통해 광학적으로 투명하고 고무와 같이 탄성력이 있는 고성능의 비이온성 폴리염화비닐 고분자겔이라는 스마트 물질을 제작하여 약한 전기장의 변화로도 볼록, 평면, 오목 렌즈로 형상을 다양하게 변화시켜 넓은 범위의 초점거리를 구현할 수 있게 됐다.

이번에 개발된 렌즈를 이용하여 안경을 만들게 되면 사람이 가까운 데를 볼 때는 볼록 형상으로 바뀌고, 먼 곳을 볼 때는 오목형상으로 바뀌어 노안교정을 위한 안경으로 사용될 수 있으며 초점거리를 원하는 대로 바꿀 수 있으므로 수 밀리미터 이하의 두께를 가진 박막형 망원경을 개발할 수도 있다.

연구 책임자인 김상연 교수는 “이번 연구는 유체를 이용하지 않고 얇은 비닐과 같이 생긴 유연한 물질의 형상이 전압에 따라 다양한 형태(양면 볼록, 양면 오목, 평면 오목, 평면 볼록, 메니스커스 등)로 변화하면서 초점거리가 바뀌는 세계최초의 렌즈” 라며 “일반 전기·전자 산업부터 의료용·국방용 장비에 까지 광범위하게 적용이 가능하다”고 밝혔다.

논문의 제 1저자인 배진우 교수는 “이번 연구는 전기장에 반응해 대변형으로 스스로 움직이며 형태 재설계가 가능한 '스마트 소재'를 개발했다는데 의의가 크다”며 “이 소재는 효율적으로 전기장을 제어하면 렌즈뿐만 아니라 의공학, 유연전기소자, 소프트 로봇 등 가변 구조형 스마트 소재가 필요한 다양한 분야에서 핵심 역할을 할 것”이라고 기대했다.

공동 제 1저자인 세명대학교 최동수 교수는 “전기장에 의해 형상이 변화하는 전기활성젤을 이용한 가변 렌즈 연구로써, 타겟 광학시스템에 최적화된 렌즈의 형상 및 초점거리를 능동적으로 제어할 수 있다는 장점이 있다” 고 말했다.

연구결과는 “전기적으로 형상이 변화하는 인버터블 마이크로 렌즈(Electrically Adaptive and Shape-Changeable Invertible Microlens)”라는 제목으로 미국 화학회(ACS)가 발행하는 'ACS 응용물질 및 계면(ACS Applied Materials ＆ Interfaces)' 3월 호에 게재됐다.

해당 연구는 한국연구재단 중점연구소사업, BK21 FOUR사업, 한국기술교육대학교 신진연구사업의 지원을 받아 한국기술교육대학교 김상연 교수와 배진우 교수, 세명대학교 최동수 교수, 연세대학교 조정호 교수, 버클리대학교의 Lin 교수가 참여하였으며 학생연구원으로는 윤인호 박사과정, 김태훈 박사과정, 한동헌 석사과정, 오승주 석사과정 학생이 참여했다.