의료·보안 검색기에 응용되는 '미지의 빛'···'테라헤르츠파가 뭐기에

[이데일리 강민구 기자] 최근 공항 내 총기류나 마약류 반입을 보다 쉽게 적발하고, 우주 소재나 반도체 검사 공정에서 미세한 균열도 찾아내 주목받는 기술이 있다. 바로 ‘미지의 빛’을 이용하는 테라헤르츠파 기술이다.

일반적으로 테라헤르츠파는 전파와 빛(광파)의 중간 영역에 있는 전자기파 대역을 뜻한다. 1초에 1조회 진동하는 전자기파라고 이해하면 쉽다.

알약 내 이물질에 대한 X선 검출 영상(위)과 테라헤르츠 검출 영상(아래) 비교.(자료=한국전기연구원)

전문가들에 따르면 테라헤르츠파 기술은 갑자기 나타난 기술은 아니다. 1893년에 창간된 미국물리학회지에도 테라헤르츠 대역에 대한 언급이 이미 있었고, 꾸준히 연구가 이뤄져 왔다. 지난 2003년 미항공우주국(NASA)의 우주 왕복선 재난 사건과 관련해 우주선 단열재 내부 결함을 테라헤르츠파를 이용해 비파괴 검사를 할 수 있다는 실험 결과가 나오면서 관심을 불러 일으켰고, 미국 MIT 연구진이 이듬해 ‘세상을 바꿀 10대 신기술’로 지정하기도 했다.

하지만 고출력의 테라헤르츠파 장비를 만들기 어렵고, 물질 특성상 연구하기가 어렵다는 한계가 있었다. 하지만 나노·광 기술에 대한 연구가 진전되면서 의료용 기기, 보안용 검색기기, 반도체 검사기기 등으로 상용화 가능성도 조금씩 커지는 추세다. 미국의 시장조사회사인 BCC 리서치는 ‘테라헤르츠파 기기·시스템에 대한 글로벌 시장 규모’는 오는 2029년까지 35억 2250만 달러(약 4조8592억원)에 달할 것이라고 분석했다.

과학적으로 테라헤르츠는 전파의 투과성과 광파의 직진성을 모두 갖췄다. 흔히 신체검사에서 쓰는 X선(X레이) 방사능 문제가 없어 신체에 사용하기 안전한데다 고유의 전파 특성으로 응용할 범위가 많다.

재질에 따라 투과성이 달라진다. 가령 플라스틱 계열이나 의복류를 투과를 잘한다. 레이저가 옷 바깥에서 반사되는 것과 달리 옷 속을 투과해 속에 있는 내용물을 쉽게 확인하도록 돕는 셈이다.

물에 흡수가 잘 흡수된다는 점도 차별화된 요소다. 테라헤르츠파를 이용하면 의료 영상이나 반도체 검사에 필요한 선명한 사진을 얻을 수 있다. 암세포나 암 조직 영상을 분석한다고 가정하면 암세포는 정상세포보다 수분을 좀 더 많이 함유하기 때문에 종양이 있는 영역과 아닌 부분의 신호를 분석하면 영상을 구분해 제거해야 할 암세포의 위치와 범위를 확인할 수 있다.

인체에 무해하다는 점도 상용화 가능성을 키우는 요소다. 일반적으로 쓰는 테라헤르츠파의 주파수 대역에서는 인체에 해롭지 않다고 학계에 알려져 있다. X선이 세포까지 투과하는 것과 달리 테라헤르츠파는 피부 정도만 투과할 수 있다.

최근에는 인공지능과도 결합돼 보안 검색 시장에서 활용성도 커지는 추세다. 알약 내 이물질이 있다고 가정하면 X선으로 촬영할 때 전선(금속), 플라스틱, 고무까지 식별할 수 있다.

물론 테라헤르츠파 기술들이 상용화되려면 고출력 테라헤르츠파를 발생시키고, 조정하는 기술과 장비, 요소기술들이 더 발전해야 한다. 그럼에도 미래로 느껴졌던 기술이 현실로 다가오고 있다.

김정일 한국전기연구원 전자기파융합연구센터장은 “테라헤르츠파 기술 개발이 지금처럼 계속된다면 실생활에 필요한 의료부터 산업, 보안 검사 분야에 기술을 적용해 우리 삶을 이롭게 할 것”이라며 “특히 테라헤르츠파를 이용한 보안 검색 장치에서 상용화가 진전되고 있고, 의료나 반도체 시장에서도 가능성을 보여주고 있다”고 말했다.

테라헤르츠파를 이용한 정밀 탐지도 가능하다.(자료=한국전기연구원)