연구에서는 레이저를 사용하여 지뢰와 지하 물체를 감지합니다.

전 세계적으로 적도에서 지구를 두 바퀴 돌 수 있을 만큼 많은 지뢰가 지하에 매설되어 있지만, 이러한 폭발물을 식별하고 제거하는 데는 많은 비용과 시간이 소요됩니다.

미시시피 대학의 새로운 연구가 이 문제를 해결하는 데 도움이 될 수 있습니다.

National Center for Physical Acoustics의 수석 과학자인 Vyacheslav Aranchuk은 지난주 일본 오사카에서 열린 Optica Laser Congress and Exhibition에서 레이저 멀티빔 진동 센서 기술에 대한 연구를 발표했습니다. Aranchuk의 레이저 진동 감지 기술은 이전 기술보다 훨씬 빠르게 지뢰를 감지할 수 있습니다.

"전 세계적으로 수천만 개의 지뢰가 묻혀 있으며, 갈등이 계속됨에 따라 매일 더 많은 지뢰가 묻혀 있습니다." Aranchuk이 말했습니다. "이 기술은 진행 중인 갈등에서 군사적으로 활용될 수 있으며, 갈등이 끝난 후에는 인도주의적으로 활용될 수 있습니다."

전 세계적으로 1억 1천만 개가 넘는 활성 지뢰가 있으며, 이전 전쟁에서 남은 지뢰나 기타 물질로 인해 2022년에 4,710명이 부상당하거나 사망했습니다. 지뢰 사상자의 85% 이상이 민간인이었고, 민간인 사상자의 절반은 어린이였습니다. 현재와 과거 전쟁 지역을 포함하여 전 세계 70개국이 여전히 매일 활성 지뢰 위험에 처해 있습니다.

지뢰는 만들기 쉽고 개당 3달러 정도면 만들 수 있지만, 지뢰를 식별하고 폐기하는 데는 지뢰 하나당 최대 1,000달러가 들 수 있습니다.

현재 지뢰 탐지는 대부분 휴대용 금속 탐지기에 의존하는데, 이 기술은 위험하고 시간이 많이 걸린다고 Aranchuk은 말했습니다. 금속 탐지기와 지면 관통 레이더는 플라스틱 지뢰를 찾는 데 효과적이지 않습니다.

아란추크의 연구진은 2019년에 30개의 레이저 빔을 일렬로 형성하여 이동 중인 차량에서 안전한 거리에 묻힌 물체를 찾을 수 있는 레이저 진동 센서를 개발했습니다.

연구자들의 최신 기술은 1초도 안 되는 시간에 지면의 진동 지도를 형성할 수 있습니다. 빔의 34 x 23 매트릭스 배열을 사용하는데, 이는 대략 직사각형 모양을 형성합니다.

"대부분의 현대 광산은 플라스틱으로 만들어졌기 때문에 금속을 찾는 전통적인 탐지 방법에는 더 어려운 표적입니다."라고 그는 말했습니다. "그렇기 때문에 NCPA가 이 탐지 방법을 개발했습니다."

2019년 기술과 마찬가지로 아란추크의 레이저 다중 빔 차등 간섭 센서(LAMBDIS)는 이동 중인 차량에서도 사용할 수 있어 묻힌 지뢰를 감지하는 속도를 더욱 높일 수 있습니다.

중국 난퉁 출신의 NCPA 전 박사후 연구원인 보양 장이 보고서의 공동 저자로 참여했습니다.

"금속 탐지기는 종종 금속 물체를 탐지하여 거짓 양성을 생성하고 (지하 침투 레이더)는 특정 토양 상태나 재료에 의해 방해받을 수 있습니다." 장이 말했습니다. "반면에 레이저 음향 탐지는 레이저와 음향 감지를 결합하여 더 높은 정확도로 멀리서 지뢰를 탐지할 수 있습니다.

"이것은 거짓 양성을 줄이고 작업자를 감지 구역에서 멀리 유지하여 안전을 향상시킵니다."

묻힌 물체(폭발물이든 아니든)를 찾기 위해 연구자들은 지면 진동을 생성한 다음 지면에 2차원 레이저 빔 배열을 투사합니다. 지면 진동은 반사된 레이저 광의 주파수에 작은 변화를 유도하여 해당 지역의 진동 이미지를 만드는 데 사용됩니다. 묻힌 지뢰는 주변 토양과 다르게 진동하며 진동 이미지에서 빨간색 덩어리로 나타납니다.

"작동 원리는 빛의 추론에 기반합니다." Aranchuk이 말했다. "우리는 땅에 광선을 보내고 땅의 여러 지점에서 다시 산란된 빛의 간섭으로 신호를 생성하는데, 이 신호를 처리하면 땅 표면의 각 지점에서 진동 크기가 드러납니다."

이 기술은 지뢰를 감지하기 위해 고안되었지만, 그 응용 분야는 다양할 수 있다고 연구자들은 말했습니다.

그는 "LAMBDIS 기술은 지뢰 탐지 외에도 교량 및 기타 엔지니어링 구조물 평가, 자동차 및 항공우주 산업의 진동 테스트 및 재료 비파괴 검사, 생물의학 응용 분야 등 다른 목적에도 적용할 수 있다"고 말했습니다.

아란추크 연구의 다음 단계는 다양한 매몰 물체와 다양한 토양 조건에서 LAMBDIS의 성능을 조사하는 것을 목표로 합니다.

본 자료는 미국 해군 연구국에서 수여 번호 N00014-18-2489에 따라 지원한 연구를 바탕으로 작성되었습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/11/241101124009.htm