기묘한 이야기 팬들은 이 장면에 익숙할 것이다. 염력을 가진 소녀 일레븐이 콜라 캔을 응시한다. 깡통을 물리적으로 만지지도 않고 오로지 마음만으로 깡통을 완전히 부숴버린다.

 

마음으로 사물을 바꾸는 것은 오랫동안 공상과학소설의 한 비유였다. 이제 메타표면(Metasurfaces) 덕분에 두 가지 연구에서 이것이 잠재적으로 가능하다는 것을 보여주었다.

 

메타 물질은 기이한 광학 특성을 가진 인공 합성물이다. 종종 나란히 배열되어 천연 재료로는 불가능한 방식으로 가시광선을 포함한 전자기파와 상호 작용할 수 있다. 이것은 그들에게 초능력을 제공한다. 예를 들어, 빛을 다양한 방식으로 구부리는 것과 같이 자신이 만든 재료의 속성에 의존하는 대신 속성을 쉽게 조정할 수 있다.

 

우리의 뇌는 정보를 처리할 때 전자파를 생성한다. 뇌의 상태에 따라(예를 들어, "이완"인지 "집중"인지) 뇌파의 다른 주파수가 차지한다. 그렇다면 뇌를 메타 물질의 변화를 유발하는 소스로 사용하지 않는 이유는 무엇일까?

 

eLight에 발표된 첫 번째 연구에서 팀은 자원 지원자가 마음만으로 메타표면(메타물질의 2D 버전)을 제어할 수 있도록 하는 뇌파 추출 모듈을 사용했다. 전체 시스템은 무선이며 블루투스에 의존한다. 그들은 지원자가 긴장을 풀거나 집중할 때 뇌파를 추출하고 컨트롤러를 통해 연결된 메타표면이 빛을 산란시키는 방식을 변경했다. 물론 콜라 캔을 구부리는 것만큼 극적이지는 않지만 정신을 사용하여 물리적 물질을 제어하는 미래 지향적인 시연이다.

 

두 번째 연구에서는 아이디어를 조금 더 발전시켰다. 서로 다른 메타표면은 전자기 속성을 기반으로 서로 "대화"할 수 있다. 여기에서 팀은 두 사람을 메타표면에 연결하여 마음으로 텍스트를 작성했다. 한 지원자는 발신자였고 다른 지원자는 수신자였다. 집중함으로써 송신기의 뇌파는 메타표면의 속성을 변경하여 다른 이진 메시지를 인코딩한다. 디코딩 시 수신자는 한 손가락도 떼지 않고 텍스트를 받았다.

 

현재로서는 미래형 기술은 아직 초기 단계에 있다. 그러나 과학자들은 언젠가는 메타물질을 무수한 목적으로 사용할 수 있을 것이라고 상상한다. 예를 들어 운전자의 주의력 상태를 모니터링하거나 이를 비침습적 뇌-기계 인터페이스(BCI)에 통합하는 것이다.

 

중국과학원 광학전자연구소(Institute of Optics and Electronics)의 루오(Xiangang Luo) 박사는 "머신 러닝과 같은 지능적 알고리즘과 결합된 두 작품은 첨단 생체 지능 메타표면 시스템에 대한 새로운 방향을 제시할 수 있다"고 말했다.

 

메타표면의 기이함

 

메타표면(Metasurfaces)는 열병 꿈과 같다. 일반적으로 우리는 재료가 일관되게 작동할 것으로 기대한다. 유리병은 압력을 받으면 부서진다. 나무 균열; 면은 부드럽다. 메타물질은 이러한 패러다임을 바꾼다. 종종 압전 재료가 가장 선호되는 재료의 혼합으로 구성되며 전자기장의 영향으로 구조 및 광 굽힘 특성을 쉽게 변경한다.

 

이로 인해 언젠가는 필요할 때 지능적으로 약물을 전달하기 위해 몸을 배회할 수 있는 예비 투명 망토, 동적 위장, 슈퍼렌즈 및 3D프린팅 밀리봇이 개발되었다.

 

메타표면은 메타물질의 2D 사촌이다. 염력 실험을 이끈 중국 공군 공학 대학의 Shaobo Qu 박사는 여기에서 메타 물질의 반복 구조가 시트와 같은 구조로 짜여져 "전자파의 거의 모든 특성"을 제어하는 능력을 유지한다고 말했다. 프로그래밍 가능한 메타표면(PM)은 기분에 따라 여러 조명 설정이 있는 욕실 "스마트" 거울과 같이 작동 모드를 전환하기 위해 외부 영향에 의해 예측 가능한 방식으로 기능을 제어할 수 있다는 점에서 한 단계 업그레이드되었다.

 

일반적으로 전자파는 발전기에서 나온다. 그러나 우리의 뇌는 이러한 파동의 다른 주파수로 파열되며, 이는 넓은 지역에 걸쳐 전기 신호를 집합적으로 나타낸다. 예를 들어 베타 파동은 초당 대략 15~40번 순환하며 마음을 집중시키는 것과 관련이 있다. 대조적으로 세타파는 일종의 정신적 이완인 백일몽과 관련이 있다. 과학자들은 뉴로피드백을 통해 뇌파를 제어하고 이를 한 상태에서 다른 상태로 능동적으로 전환하는 것이 가능하다는 것을 발견했다.

 

뇌파는 내장된 전극 캡으로 쉽게 포착할 수 있다. 이로 인해 팀은 의문을 갖게 되었다. 이러한 신호를 사용하여 메타표면을 제어할 수 있을까?

 

한 연구에서 Qu는 뇌파 추출 모듈을 사용하여 간단한 설계를 제안했다. 센서, 컨트롤러 및 액추에이터의 세 부분으로 구성된다. 센서는 두피에 부착된 전극을 통해 뇌파를 수집헌다. 여기에서 팀은 DIY EEG 뇌파 해킹 커뮤니티에서 인기 있는 저렴한 칩인 ThinkGear AM이라는 상용 모듈을 사용했다.

 

녹음된 데이터는 블루투스를 통해 컨트롤러로 전송된다. 컨트롤러는 Arduino를 중심으로 저렴한 구성 요소로 만들어졌다. 뇌파 신호는 주의를 위한 척도로 변환되어 액추에이터에 공급된다. 사람의 주의 수준에 따라 액추에이터는 데이터를 4개의 그룹으로 분류하고 다른 전압을 출력한다.

 

"4개의 임계 값 간격은 각각 산만, 중립, 집중 및 극도로 집중된 주의 강도에 해당한다."라고 팀은 설명했다.

 

높거나 낮은 전압은 1 또는 0 코딩 시퀀스에 해당한다. 그런 다음 이러한 시퀀스는 메타표면의 다른 재질 속성에 매핑되며, 이는 차례로 빛을 산란시키는 방법을 제어한다.

 

최종 결과는? 개념 증명에서 자원 지원자는 주변 소리나 전자기파를 차단하도록 설계된 무반사실에 앉았다. 머리에 마른 전극을 꽂고 다양한 농도 상태를 순환하면서 눈을 감았다. 메타표면의 광산란 특성을 측정함으로써, 팀은 그녀의 주의 강도와 물질 특성 사이에 강한 일치성을 발견했다.

 

연구는 마음으로 물질을 물리적으로 움직이는 것이 가능하다는 것을 보여주지 않는다. 그러나 생각만으로 물질을 원격으로 제어할 수 있음을 보여준다. 현재 이 기술은 대부분 건강 모니터링 또는 스마트 센서를 위한 마인드 컨트롤 재료의 길을 열어주는 멋진 증거 증거이다. 주요 장애물은 신경 제어 신호를 차단할 수 있는 외부 전자기 노이즈를 처리하는 방법이다.

 

두뇌 대 두뇌 커뮤니케이션

 

염력이 이미 내 마음을 날려버렸다. 그러나 텔레파시는 어떨까?

 

별도의 연구에서는 두 사람이 손가락 하나 까딱하지 않고 간단한 메시지를 문자로 보낼 수 있도록 메타표면을 일종의 전화기로 사용했다.

 

직접적인 두뇌 대 두뇌 커뮤니케이션은 새로운 것이 아니다. 비침습적 설정을 사용한 이전 연구에서는 참가자들이 뇌파로 20개의 질문을 하도록 했다. 또 다른 연구에서는 3명의 지원자를 위해 BrainNet을 구축하여 그들이 뇌파만을 사용하여 테트리스 같은 게임을 할 수 있도록 했다. 이러한 마인드멜드를 위한 도관은 케이블과 인터넷에 의존했다. 한 새로운 연구에서는 메타표면이 동일한 작업을 수행할 수 있는지 질문했다.

 

중국 남동대학교 전자기 공간 연구소의 Tie Jun Cui 박사가 이끄는 이 연구는 잘 알려진 뇌파 신호 P300을 메타표면의 속성과 연결했다. 그들의 설정인 전자기 뇌-컴퓨터-메타표면(EBCM)은 뇌파를 사용하여 전자 회로 기판처럼 0과 1을 코딩할 수 있는 정보 메타표면으로 알려진 특정 유형의 메타표면을 제어한다.

 

실험에는 송신기와 수신기라는 두 명의 지원자가 있었다. 송신기는 P300 신호에 특히 초점을 맞춘 EEG로 그의 뇌파를 모니터링했다. 그런 다음 신호는 이진 코드로 디코딩되어 송신기의 메타표면 속성을 제어하는 데 사용되었다. 이러한 변경 사항은 수신기의 메타표면을 무선으로 변경한 다음 디코딩되어 수신기가 읽을 수 있는 텍스트 정보로 다시 번역되었다.

 

설정은 "세상아 안녕", " 안녕, 수", " 안녕, 스캇" 및 "BCI 메타표면"이라는 4개의 텍스트 시퀀스를 성공적으로 전송했다. 각 캐릭터에 대해 평균 약 5초가 소요되는 느린 프로세스이지만 일부 "빠른 철자 패러다임"으로 개선될 수 있다고 팀이 말했다.

 

우리는 여전히 기술 기반의 염력과 텔레파시와는 거리가 멀다. 그러나 그 초강대국은 한때 생각했던 것만큼 터무니없는 것이 아닐 수도 있다. 현재 팀은 건강을 개선하기 위해 설정을 채택하기를 열망하고 있다.

 

Cui는 "우리의 작업은 새로운 세대의 생체 지능 메타표면 시스템을 구축하기 위해 메타표면, 인간 두뇌 지능 및 인공지능의 심층 통합을 탐구하는 새로운 방향을 더욱 열 수 있다."라고 말했다.

 

이미지 출처: Gerd Altmann / Pixabay