온도 변하면 평면이 얼굴 윤곽으로? 형상 변화 소재

MIT 연구팀이 원래 평평한 평면이다가 주위 온도 변화에 따라 점점 인간 얼굴 윤곽 같은 형태로 변화해나가는 특수 격자 구조를 개발했다.

3D프린팅 다음 기술로 기대를 모으는 건 4D프린팅(4D printing) 소재다. 4D프린팅은 3D프린팅처럼 컴퓨터 제어 하에 소재를 연속해서 겹겹이 출력하는 것이지만 차이는 출력한 소재가 시간과 온도에 따라 형상을 변화시킨다는 특징을 갖고 있다. MIT 연구팀은 4D프린팅으로 지금까지 만들어온 것보다 훨씬 복잡한 인간의 얼굴 윤곽을 기억한 걸 만들어 미국립과학원회보에 성과를 발표한 것이다.

MIT 연구팀은 얇고 평평한 판을 주위 온도 변화와 함께 구체나 돔, 인간의 얼굴 윤곽 같은 형태로 변화시키는 데 성공했다. 평평한 판을 인간 얼굴 윤곽으로 변화시키는 건 원래 표면적 이상으로 확대, 축소할 수 있는 소재를 요구하는 만큼 실현은 상당히 어렵다. 하지만 연구팀은 메쉬 같은 격자 구조를 이용하겠다는 아이디어를 내고 이 격자 구조를 온도가 상승하면 팽창하는 고무 모양 소재로 만들거나 비행기에서 인간 얼굴 윤곽으로 변화할 수 있도록 했다.

연구팀은 또 비행기가 인간 얼굴 윤곽 형상으로 변화하기 위해 필요한 수치를 가상 맵에 맵핑하고 가상맵 수치를 비행기로 변환하는 알고리즘을 작성해 메쉬 형상 시트가 부위별로 다른 확장이 가능하게 설계했다. 시뮬레이션에서 온도 변화와 함께 평면 시트에 재현하는데 성공했다. 또 연구팀이 고안한 메쉬 구조를 실제 3D프린터로 출력한 오븐에서 가열해 경화시킨 다음 소금물에 실온까지 냉각했다. 이 시트가 실제로 온도 변화와 함께 평면에서 얼굴 윤곽으로 모양을 변화시키는 것도 확인한 것이다.

연구팀은 전도성 액체 금속을 포함한 격자 구조를 만들고 주파수 변화 형태를 변화시킬 형상 변화 시트를 만드는데 성공했다. 연구팀이 발명한 형상 변화 시트의 용도는 자동으로 확장하는 텐트나 변형 가능한 망원경 렌즈, 인공 조직 발판, 부드러운 소재를 이용한 소프트 로봇 등에 응용할 수 있을 것으로 기대된다. 물속에 넣으면 헤엄칠 수 있게 모양을 바꾸는 로봇 해파리, 인공 근육 같은 액추에이터로 이 소재를 이용하면 액추에이터 형상이 변화할 수 있어 소프트 로봇 공학에 새로운 디자인을 제공할 수도 있다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.