학부생 연구팀, 소리로 물체 붙잡는 계산 시간 2,900배 단축

△ 연구팀이 제작한 초음파 트랩 실험 장비

대학생 3명이 소리로 작은 물체를 공중에 띄우는 기술의 계산 시간을 29초에서 0.01초로, 약 2,900배 줄였다. 지도교수나 전문 연구진 없이 학부생이 해낸 연구로, 공학 분야 상위 국제학술지 ‘Results in Engineering’에 10월 11일(일) 실리게 됐다.

*논문명: Objective design for real-time optimization in holographic acoustic tweezers

*DOI: https://doi.org/10.1016/j.rineng.2026.113286

*URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2590123026042970#bib001

연구에는 고려대학교 (총장 김동원) 물리학과 최성준, 데이터과학과 구윤서, 아주대 국방디지털융합학과 김윤채 학생이 참여했다. 최성준 학생은 제1 저자이자 교신저자를 맡았다.

이 기술은 여러 초음파 스피커에서 나온 소리가 공중에서 만나 생기는 힘을 이용한다. 소리가 센 곳과 약한 곳이 생기는데, 센 소리가 약한 곳을 둘러싸게 만들면 가운데 놓인 물체가 밖으로 빠져나가지 못한다. 손이 닿지 않아도 물체를 붙잡아 둘 수 있는 것이다.

문제는 물체를 다른 곳으로 옮길 때다. 새 위치에서 물체를 붙잡으려면 스피커마다 어떤 소리를 내야 하는지 컴퓨터가 매번 다시 계산해야 한다. 기존 방식은 이 계산에 28.93초가 걸려 물체를 빠르게 움직이기 어려웠다.

연구팀은 계산 방법을 바꿨다. 소리의 모양을 하나하나 맞춰 보는 대신, 물체가 떨어지지 않게 받쳐 주고 밀려나면 제자리로 돌려놓는 데 필요한 힘을 곧바로 계산하도록 했다. 그 결과 계산 시간은 약 0.01초로 줄었다. 컴퓨터 시뮬레이션에서 목표 위치와 물체가 실제로 멈춘 위치의 차이도 평균 약 0.029mm로, 기존 방법의 약 9분의 1 수준이었다.

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. 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.

연구팀은 한국과학기술정보연구원(KISTI)의 슈퍼컴퓨터와 고려대 산학협력단의 장비 제작 공간 ‘x-garage’의 도움을 받아 연구를 진행했다.

이들은 학생 독립 연구 동아리 ‘인스파티움’을 만들어 이번 연구를 수행했다. 앞으로도 이번 연구와 같이 물리적 목표를 달성하는 컴퓨터 알고리즘 및 AI 연구를 이어갈 예정이다.

[첨부] 연구진 사진 

△ (왼쪽부터) 고려대학교 최성준, 고려대학교 구윤서, 아주대학교 김윤채 학생