둠칫둠칫, 음악에 맞춰 춤을 추던 섭섭박사님은 초인종 소리에 깜짝 놀라 문을 열고 나갔어요. 이웃집 주민은 시끄럽다고 섭섭박사님에게 불평했어요. 고민에 빠진 섭섭박사님은 요란한 음악 없이도 조용하고 화려한 파티를 만들기로 계획했어요.

▲셔터스톡

도전 실험
소리보다 조명으로! 소리를 눈으로 보이게 만들자

섭섭박사님은 소리를 작게 틀고도 소리를 눈에 보이게 만들기로 결심했어요. 스피커와 레이저, 거울만으로 만든 섭섭박사님의 무대는 어떨까요

준비물
스피커, 레이저, 거울 테이프, 라텍스나 종이
※ 주의: 레이저를 눈에 비추지 않게 주의하세요.

➊ 스피커에 라텍스를 묶는다.
※라텍스가 없으면 종이를 붙인다.

➋ 라텍스 위에 거울 테이프를 붙인다.

➌ 레이저를 거울 테이프에 쏜다.

➍ 음악을 튼다.
➔ 결과: 벽에 비친 레이저가 박자에 맞춰 움직인다.

왜 이런 일이?

소리는 물체가 진동하면서 발생해요. 목소리의 성대나 악기 등이 진동하고, 이 진동이 공기를 통해 전해져 귀까지 전달되면 우리는 소리를 들을 수 있어요. 소리는 음이 높아질수록 1초 동안 진동하는 횟수인 진동수가 높아지고 소리가 커질수록 진동하는 폭이 커져요. 또 사람의 성대나 악기에서는 여러 진동수의 소리가 섞여 나는데, 사람마다 성대의 구조가 다르고, 악기마다 재료가 달라 모두 다른 소리가 나요.

스피커는 이렇게 녹음된 소리를 똑같이 진동으로 구현해요. 스피커에 라텍스를 붙이면 스피커의 진동이 라텍스로 전달되어 라텍스와 거울 테이프가 움직이는 모습을 볼 수 있지요. 거울이 진동에 맞춰 움직일 때마다 거울에 반사된 빛도 진동해요. 이때 음의 높낮이나 소리의 세기에 따라 진동하는 모습이 달라지면서 빛이 진동하는 모습도 계속 바뀌는 거예요.

한걸음 더!
레이저로 몸속 들여다본다

우리 몸속 조직에 문제가 없는지 확인하려면 촬영을 해야 하는데, 몸에 빛을 쏘면 빛이 모두 흩어져 버려 촬영하기가 어려워요. 이 문제를 해결한 연구가 공개됐습니다.

▲셔터스톡, Jung-Hoon Park et al.

쥐의 몸에 주입한 플루오린화 이트륨 나트륨 합성 물질.

사진을 찍으려면 물체에 반사된 빛을 카메라가 감지해야 해요. 우리 몸에 빛을 쏘면 여러 조직에 빛이 부딪혀 정작 촬영하고자 하는 조직에 반사된 빛을 감지하기가 어렵습니다. 그래서 몸속에 형광 물질을 주입한 뒤 특정 조직에만 빛 입자를 쏘고 형광 물질이 이를 흡수해 형광 을 방출하도록 유도해야 해요. 이때 여러 개의 빛 입자를 동시에 한 지점에 쏘는 레이저를 써야 해서 비용이 많이 들지요. 3월 21일 울산과학기술원 바이오메디컬공학과 연구팀은 이를 대체할 기술을 공개했어요.

연구팀은 플루오린화 이트륨 나트륨이라는 물질에 이터븀과 툴륨이라는 이온을 합성했어요. 이 합성 물질에 들어간 재료들은 생체에 거부 반응을 크게 일으키지 않는 성질이 있어요. 연구팀은 쥐의 혈액을 통해 촬영하고자 하는 조직으로 합성 물질을 주입했습니다. 기존에 사용하던 레이저가 아닌 일반 레이저를 몸에 쏘면 이 합성 물질 속의 이터븀 이온이 빛 입자를 흡수해 모으고 톨륨 이온이 한 번에 빛을 방출하지요.

연구팀은 이 빛을 감지해 쥐의 뇌혈관을 850µm^● 깊이까지 3D로 촬영하는 데 성공했어요. 기존 레이저만큼 깊이 촬영할 수 있었던 거예요. 또 주변 배경에서 감지된 신호 대비 촬영하려는 조직에서 감지된 신호의 비율은 15.1이었어요. 이는 기존 레이저로 촬영한 비율보다 3배 높은 수치였습니다. 3배 더 선명하게 이미지를 촬영할 수 있게 된 셈이지요. 연구팀은 “값비싼 레이저 없이도 몸 안의 조직을 고해상도로 촬영하고 치료도 할 수 있을 것”이라며 “몸의 상태를 기존보다 정밀하게 관찰할 수 있게 되었다”고 밝혔어요.

실험 하나 더!
우유로 만드는 조명등!

레이저로 파티를 즐기던 중, 다시 초인종이 울렸어요. 이웃집 주민은 여전히 시끄럽다고 지적했지요. 섭섭박사는 조명만으로 화려한 파티를 만들기로 했습니다.

준비물
페트병, 컵, 미니 손전등, 우유, 물

➊ 페트병에 물을 담는다.

➋ 우유를 2~3방울 섞는다.

➌ 컵에 손전등과 페트병을 넣는다.

➍ 불을 끄고 손전등을 켠다.

용어 설명

µm(마이크로미터): 100만 분의 1m.