초음파, 생활 곳곳 적용사례 '가지각색'

‘초음파’라고 하면 많은 이들이 산부인과에서 진찰받는 산모의 모습을 떠올린다. 일상에서 초음파를 가장 쉽게 접하는 상황 중 하나가 바로 산모가 병원에 ‘초음파 진단 받으러 간다’고 말하는 때이기 때문.

실제로 움직이는 태아의 상태를 살피거나 부드러운 조직, 종양 등을 분석할 때는 사진으로 보는 X선 대신 영상을 볼 수 있는 초음파가 주로 사용된다. 이 외에 초음파가 쓰이는 다른 곳은 또 없을까?

'울트라 소닉(Ultra-Sonic)' 혹은 ‘울트라 사운드(Ultra-Sound)’로도 불리는 초음파는 주파수가 높아 인간이 들을 수 없는 영역대의 음파를 말한다. 통상 가청(可聽)범위를 넘는 주파수 16kHz 이상의 음파를 초음파라고 한다. 이는 전자레인지나 휴대전화, 군사용 레이더 등으로부터 발생되는 전자파와는 다른 개념이다.

귀에 들리지는 않지만 알고 보면 초음파는 생각보다 우리 생활과 밀접하게 연관돼있다. 들리지 않아 몰랐던, 생활 곳곳에서 도움을 주는 초음파에 대해 알아보자.

◇ ‘고주파’ 통해 매장 내 진입 손님에게만 ‘띵동’ 혜택 알림 전송

산 위에 올라 크게 ‘야호’를 외치면 메아리가 되돌아온다. 이는 소리가 물체로부터 반사되는 성질이 있기 때문이다. 초음파 역시 마찬가지다. 한 걸음 더 나아가 초음파가 얼마나 빨리 반사돼 돌아오는지를 계산하면 전방에 어떤 물체가 있고, 어느 정도 떨어져있는지 알 수 있다. 초음파의 주된 용도 중 하나가 거리와 위치 측정인 이유가 바로 여기에 있다.

‘띵동’ 하고 울리는 스마트폰 앱의 혜택 알림에도 위치를 세밀하게 측정하는 초음파 기술이 숨어있다. 위치기반 통합 O2O커머스 플랫폼 얍(YAP)은 블루투스와 고주파가 결합된 하이브리드 비콘을 사용한다. 하이브리드 비콘 구동의 핵심은 초음파다.

벽을 뚫지 못하는 초음파는 매장에 진입한 고객의 스마트폰을 선택적으로 인식해 할인 쿠폰 등 혜택 정보 푸시 알림을 발송한다. 길거리에서 살포되는 전단지처럼 무작위로 푸시 알림을 보내는 것과 비교했을 때 피로도가 훨씬 낮아 점주와 앱 사용자들로부터 호평을 받고 있다.

스타벅스의 선(先)주문 서비스 앱 ‘사이렌 오더’에도 초음파 기술이 적용되고 있다. 해당 앱으로 음료를 미리 구매하면 매장에 진입하는 순간 자동으로 주문이 접수돼 줄을 설 필요가 없다. 이 서비스를 가능케 한 핵심 기술 역시 얍의 하이브리드 비콘이다.

일반적인 블루투스 비콘을 사용하면 A라는 매장에서 커피를 받아 가고 싶은 고객이 B매장 앞을 지나기만 해도 B매장 판매 관리 시스템에 음료 추출 명령이 전송된다. 실내외의 사용자를 구분하게 돕는 초음파의 원리가 줄을 서고 주문하는 시간을 대폭 줄여 준 셈.

◇ 드론, 로봇청소기 등 IT기기 주요 기술도 초음파 원리 기반

최근 30~40대 남성들이 선망하는 취미 생활로 떠오른 드론(Drone)에서도 초음파의 거리 측정 원리가 활용되고 있다. 구체적으로는 드론이 호버링(hovering, 공중에서 제자리에 떠 있는 상태)하는데 이 초음파가 쓰인다.

송신부와 수신부, 두 부분을 갖춘 센서를 통해 송신부에서 초음파를 쏘면 수신부에서 수신 후 거리를 측정하여 고도를 유지하도록 돕는 원리다. 이 과정에서 초음파는 GPS와 협력해 안정성을 극대화 한다.

집안을 자동으로 청소해주는 로봇청소기도 비슷한 식으로 작동한다. 일례로 LG전자의 로봇청소기 ‘로보킹’의 경우 3개의 초음파 센서가 전면 180도까지 감지해 장애물과의 충돌은 최소화하고 사각지대 없는 말끔한 청소가 가능하도록 설계됐다. 이 역시 소리가 반사되는 성질을 이용한 것이다.

◇ 음파 자체의 ‘진동’ 성질로 세척, 미용, 용접 등 응용 분야 다양

반사 외에 초음파가 가진 또 다른 성질 중 하나는 진동이다. 초음파의 진동 성질이 밀접하게 적용되는 생활 분야는 바로 ‘세척’이다. 음파로 때를 씻어내는 원리는 빨랫감을 문지르거나, 방망이로 때리는 것과 유사하다.

음파가 수만 번 진동을 되풀이하면 세척물 표면에서 물분자를 밀고 당기는 현상이 반복적으로 일어나는데, 이 때 물분자의 응집력이 파괴되며 수많은 미세한 공동(空洞)이 발생한다. 이것이 진공청소기처럼 세척물 표면에서 때를 빨아들이는 역할을 하게 되는 것.

구체적 사례로는 음파 진동이 만들어 내는 미세 기포로 칫솔모가 닿지 않는 곳의 세균을 씻어내는 초음파 칫솔을 들 수 있다. 물리적 마찰이 없어 치아가 잘 마모되지 않는다는 장점이 있다. 안경점에 가면 쉽게 볼 수 있는 렌즈 세척기에도 같은 원리로 초음파가 이용된다.

초음파 식기세척기는 초음파에 의해 발생한 미세 기포가 폭발하며 그릇과 음식찌꺼기를 분리시켜 세척하는 원리다. 일반 수압식 대비 전기와 물 소비량을 크게 절약할 수 있고 찬물로도 세척이 가능해 친환경적이라는 평을 받고 있다. 설거지 거리가 대량으로 나오는 식당에서 주로 사용한다.

이 외에도 초음파의 진동이 만들어 내는 열을 이용해 비닐, 반도체 부품의 도선, 귀금속 등의 물건을 용접하는 초음파 용접기가 있다. 피부과에 가면 고강도의 집적 초음파를 주름, 탄력 개선과 같은 피부 미용 목적으로 사용하는 초음파 시술 기기도 만날 수 있다. 인위적으로 수컷모기 소리를 냄으로써 피를 빠는 암컷모기를 쫓아내는 초음파 모기퇴치기는 이미 많이 알려진 예다.