액체 굴절률 간단 측정술 개발…체액 변화 측정 등 활용도 기대

회식하면서 받은 폭탄주, 얼마나 독한지 알아보려면 마셔 보는 수밖에 없다. 빨간 수박주스를 시원하게 한잔 들이켰는데 맛이 밍밍한 경우도 많다. 당도와 도수를 예상이라도 하고 싶다면 ‘그림자’를 보면 된다.

포스텍 기계공학과 김동성 교수팀은 그림자를 이용해 액체 굴절률을 간단하게 측정하는 기술을 개발했다고 27일 밝혔다. 이 기술을 활용하면 탄산음료의 당도, 국의 짠 정도를 측정할 수 있을 뿐만 아니라 기계에 들어가는 기름의 산패 정도, 몸속 체액의 변화까지 알아낼 수 있을 것으로 예상된다. 이번 연구 성과는 기초과학 및 공학 분야 국제학술지 ‘사이언티픽 리포츠’ 최신호에 실렸다.

빛은 공기가 없는 진공에서 가장 빠르고 액체나 유리 같은 물질(매질)을 만나면 느려지는 성질을 갖고 있다. 진공상태에서 빛의 속도와 비교해 매질을 지날 때 느려지는 비율을 굴절률이라고 한다. 굴절률은 빛이 휘는 정도나 반사와 관련이 있어 광학 분야에서는 중요한 성질이다. 굴절률을 정확하게 측정하려면 현미경이나 광학렌즈 같은 값비싼 장비가 필요해 실생활에서 활용하기는 어려웠다.

연구진은 투명한 직육면체 아크릴통 가운데를 뚫어 원통형 공간을 만들었다. 이 공간에 액체를 채운 뒤 용기 한쪽에서 빛을 비추면 반대쪽에 그림자가 나타나는데 가운데 쪽은 밝지만 주변으로 갈수록 어두운 그림자가 생긴다. 굴절률은 그림자 너비와 반비례하고, 액체 농도와는 비례한다. 그림자 폭이 줄어들수록 굴절률이 커지고 액체 농도는 짙어지는 것이다.

연구팀은 기름의 굴절률을 연구하면서 설탕물을 여러 가지 농도로 실험하면서 이런 결과를 얻었다. 또 아크릴 용기와 맥주컵 등을 이용해 폭탄주와 고량주 등 다양한 술의 도수에 따른 그림자 너비도 측정했는데 비슷한 결과가 나왔다.

김 교수는 “조명과 투명한 유리컵이나 플라스틱 용기만 있어도 액체의 농도 차이를 확인할 수 있다”며 “회식 자리에서 누구나 재미있게 술 도수를 간단하게 측정할 수 있는 스마트폰 애플리케이션(앱)도 만들어 볼 생각”이라고 말했다.

유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr