눈을 감고도, 어둠 속에서도 볼 수 있는 공상 과학 영화에서나 나올 법한 '초능력'이 현실로 다가왔다. 

중국 연구팀이 개발한 특수 콘택트렌즈를 끼면 맨눈으로 볼 수 없는 적외선 영역을 감지해, 마치 초능력처럼 어둠 속에서도 사물을 알아볼 수 있다. 이 렌즈는 따로 전원 장치나 부피 큰 장비 없이 작동하고, 투명해 일상생활에서도 불편 없이 사용할 수 있다는 점도 장점이다. 특히 눈을 감았을 때 적외선 투과율이 높아져 오히려 더 또렷하게 볼 수 있다는 점이 눈길을 끈다.

중국과학기술대학교의 톈쉐 교수(신경과학)가 이끄는 연구팀은 보이지 않는 적외선을 눈에 보이는 빛으로 바꾸는 획기적인 콘택트렌즈를 개발했다. 톈쉐 교수는 "우리 연구는 사람들에게 초시력을 주는 비침습 착용 기기의 가능성을 열어준다"며 "이 물질은 보안, 구조, 암호화 또는 위조 방지 환경에서 정보를 보내는 등 바로 쓸 수 있는 데가 많다"고 밝혔다.

이번 연구 결과는 2025년 5월 22일 국제학술지 '셀(Cell)'에 발표됐다. 

나노기술, 보이지 않는 빛을 포착하다

사람이 볼 수 있는 빛의 파장은 400에서 700나노미터(nm, 1nm는 10억 분의 1미터)로, 전체 전자기 스펙트럼의 0.01%도 안 된다. 연구팀의 위첸 마 박사는 "적외선으로 존재하는 태양 복사 에너지의 절반 넘게 사람은 감지하지 못하고 있다"고 설명했다. 새와 벌, 순록, 쥐 등은 사람이 못 보는 자외선을 볼 수 있고, 일부 뱀이나 흡혈박쥐는 원적외선(열 방사선)을 감지해 사냥에 사용한다.

연구팀이 개발한 콘택트렌즈의 핵심 기술은 '상향변환 나노입자'다. 이 특수 제작 나노입자는 사람의 시각 범위를 바로 벗어난 800에서 1600nm 영역의 근적외선을 흡수한 뒤, 이를 우리 눈이 볼 수 있는 400에서 700nm 범위의 보이는 빛으로 바꿔준다. 

앞선 연구에서 연구팀은 이 나노입자를 쥐의 망막 아래에 바로 넣어 근적외선 시력을 주는 데 성공했지만, 이 방식은 "사람이 쉽게 받아들이기 어려울 수 있다"는 한계가 있었다. 이번 연구에서는 나노입자를 표준 소프트 콘택트렌즈에 쓰는 부드럽고 독성 없는 중합체와 합쳐, 콘택트렌즈에 바로 심는 훨씬 덜 침습적인 방법을 썼다.

쥐·사람 실험으로 '적외선 시력' 확인

연구팀은 먼저 개발한 콘택트렌즈가 독성이 없음을 확인한 다음, 쥐와 사람을 대상으로 기능 실험을 했다. 렌즈를 낀 쥐는 적외선을 비추는 상자 대신 어두운 상자를 고르는 행동을 보였고, 적외선에 노출되자 동공이 줄어들었으며 뇌의 시각 처리 부분이 활성화하는 생리 신호도 나타났다. 이런 반응은 쥐가 적외선을 실제로 감지하고 있음을 시사한다.

사람 대상 실험에서도 좋은 결과가 나왔다. 참가자들은 적외선 콘택트렌즈를 끼자 깜빡이는 모스 부호 같은 적외선 신호를 정확히 알아채고, 적외선이 오는 방향을 알아볼 수 있었다. 톈쉐 교수는 "결과는 뚜렷하다. 콘택트렌즈 없이는 실험 참가자가 아무것도 볼 수 없었지만, 렌즈를 끼자 적외선의 깜빡임을 분명히 볼 수 있었다"고 힘주어 말했다.

톈쉐 교수는 이어 "실험 참가자가 눈을 감았을 때 이러한 깜빡이는 정보를 훨씬 더 잘 받는다는 사실도 알아냈다. 근적외선이 보이는 빛보다 눈꺼풀을 더 잘 뚫고 들어가서 보이는 빛에서 오는 간섭이 적기 때문"이라고 덧붙였다.

색깔로 구분하고 색맹도 돕는 '맞춤형 시각'

이 콘택트렌즈는 한 걸음 더 나아가 서로 다른 적외선 파장을 각기 다른 색깔의 보이는 빛으로 바꿔 사용자가 더 많은 세부 정보를 알아보게 한다. 예를 들어, 980nm의 적외선 파장은 파란색으로, 808nm는 녹색으로, 1532nm는 빨간색 빛으로 바뀐다. 이러한 색깔 넣기 기능은 적외선 스펙트럼 안의 세부 정보를 더 잘 파악하게 할 뿐 아니라, 특정 파장을 알아보지 못하는 색맹인 사람이 그 파장을 볼 수 있도록 돕는 데 응용할 수 있다.

톈쉐 교수는 "이 기술은 빨간색 가시광선을 녹색 가시광선과 비슷한 색으로 바꿔서 색맹인 사람에게 보이지 않는 것을 보이게 할 수 있다"고 설명했다.

'초시력' 상용화 길, 감도 향상이 관건

다만 현재 나온 콘택트렌즈는 몇 가지 한계가 있다. 우선, 망막에 매우 가까이 있어서 빛이 바뀌는 과정에서 광입자가 흩어지면서 미세한 부분을 잡아내는 능력이 떨어진다. 이를 해결하려고 연구팀은 같은 나노입자 기술을 쓴 안경 형태 착용 시스템도 개발했는데, 이를 통해 참가자들은 더 높은 해상도의 적외선 정보를 알아볼 수 있었다.

또한 현재 렌즈는 LED 광원이 내보내는 비교적 강한 적외선만 감지할 수 있어서, 자연 상태의 약한 적외선이나 물체가 내뿜는 원적외선(열)을 감지하는 수준까지는 가지 못했다. 즉, 영화에서처럼 사람이나 동물의 체온을 감지하는 열 영상 시각 기능은 아직 없다.

연구팀은 앞으로 나노입자의 효율과 감도를 더욱 높여 주변의 약한 적외선 빛도 감지하도록 기술을 발전시킬 계획이다. 톈쉐 교수는 "재료 과학자들이 더 효율 높은 상향 변환 나노입자를 개발한다면 콘택트렌즈를 써서 주변 적외선을 보는 일이 가능해진다"며 "앞으로 재료 과학자와 광학 전문가와 힘을 합쳐 더욱 정밀한 공간 해상도와 더 높은 감도를 지닌 콘택트렌즈를 만들 수 있기를 바란다"고 밝혔다.

이처럼 적외선 감지 콘택트렌즈는 '초능력 시력'을 향한 인류의 꿈에 한 발짝 다가서는 동시에, 보안, 구조 활동에서 비밀 통신, 위조 막는 기술, 색맹 환자를 위한 시각 도움 등 여러 분야에 걸쳐 새로운 변화를 가져올 잠재력을 지녔다. 

이 연구는 과학기술혁신 2030 주요 프로그램과 중국 국가중점연구개발계획 등의 지원으로 진행됐다.