%ea%b2%bd%eb%9f%89%ed%99%94
-
초경량·고강도 동시 갖춘 첨단 신소재 개발
최근 자동차, 항공, 모빌리티 등 첨단 산업에서는 경량화와 동시에 우수한 기계적 성능을 갖춘 소재에 대한 수요가 증가하고 있다. 국제 공동연구진이 나노 구조를 활용한 초경량 고강도 소재를 개발하여 향후 맞춤형 설계를 통해 다양한 산업에 응용 가능성을 제시했다.
우리 대학 기계공학과 유승화 교수 연구팀이 토론토 대학(Univ. of Toronto) 토빈 필레터 교수(Prof. Tobin Filleter) 연구팀과 협력해, 높은 강성과 강도를 유지하면서도 경량성을 극대화한 나노 격자 구조를 개발했다고 18일 밝혔다.
연구팀은 이번 연구에서 격자 구조의 보(beam) 형상을 최적화해 경량성을 유지하면서도 강성과 강도를 극대화하는 방안을 모색했다.
특히, 다목적 베이지안 최적화(Multi-objective Bayesian Optimization) 알고리즘*을 활용해 인장 및 전단 강성 향상과 무게 감소를 동시에 고려하는 최적 설계를 수행했다. 기존 방식보다 훨씬 적은 데이터(약 400개)만으로도 최적의 격자 구조를 예측하고 설계할 수 있음을 입증했다.
*다목적 베이지안 최적화 알고리즘: 여러 목표를 동시에 고려해 최적의 해결책을 찾는 방법으로, 불확실도가 있는 상황에서도 효율적으로 데이터 수집과 결과 예측을 반복하며 최적화를 진행
연구팀은 더 나아가, 나노 스케일에서는 크기가 작아질수록 기계적 특성이 향상되는 효과를 극대화하기 위해 열분해 탄소(pyrolytic carbon) 소재*를 활용해 초경량·고강도·고강성 나노 격자 구조를 구현했다.
*열분해 탄소 소재: 높은 온도에서 유기물을 분해해 얻는 탄소 물질로, 내열성과 강도가 뛰어나 다양한 산업에서 사용 예를 들어, 고온에서도 변형되지 않는 코팅재로 활용되어 반도체 장비나 인공 관절 코팅에 쓰임
이를 위해 이광자 중합(two-photon polymerization, 2PP) 기술*을 적용해 복잡한 나노 격자 구조를 정밀하게 제작했으며, 기계적 성능 평가 결과 해당 구조가 강철에 버금가는 강도와 스티로폼 수준의 경량성을 동시에 갖추고 있음을 확인했다.
*이광자 중합 기술: 레이저 빔을 이용해 특정 파장의 두 개의 광자가 동시에 흡수될 때만 중합 반응이 일어나도록 하는 원리를 기반으로 하는 첨단 광학 제조 기술
또한, 멀티포커스 이광자 중합(multi-focus 2PP) 기술을 이용해 나노스케일의 정밀도를 유지하면서도 밀리미터 스케일의 구조물 제작이 가능함을 연구팀은 입증했다.
유승화 교수는 “이번 기술은 기존 설계 방식의 한계로 지적되던 응력 집중 문제를 3차원 나노 격자 구조를 통해 혁신적으로 해결함으로써, 초경량성과 고강도를 동시에 구현한 신소재 개발에 중요한 진전을 이루었다”라고 말했다.
이어 유 교수는 “데이터 기반 최적화 설계와 정밀 3D 프린팅 기술을 융합한 이 기술은 항공우주 및 자동차 산업의 경량화 수요에 부응할 뿐만 아니라, 맞춤형 설계를 통한 다양한 산업 응용 가능성을 열어갈 것으로 기대된다”라고 강조했다.
이번 연구는 피터 설레스 박사(Dr. Peter Serles)와 KAIST 여진욱 박사가 공동 제1 저자로 연구를 주도했으며, 유승화 교수와 토빈 필레터 교수가 교신 저자로 참여했다.
연구 결과는 세계적인 국제 학술지인 ‘어드밴스드 머터리얼즈(Advanced Materials)’에 2025년 1월 23일 게재됐다.(논문 제목: Ultrahigh Specific Strength by Bayesian Optimization of Lightweight Carbon Nanolattices) DOI: https://doi.org/10.1002/adma.202410651
이번 연구는 과학기술정보통신부에서 지원하는 다상소재 혁신생산공정 연구센터 과제(ERC사업)와 식품의약품안전처의 M3DT(의료기기 디지털 개발도구) 과제, KAIST 국제협력사업의 지원을 받아 수행됐다.
2025.02.18 조회수 7465 -
스마트폰 이후는 ‘웨어러블 컴퓨터’
- KAIST, 7~8일 대전 본원 KI빌딩에서 ‘웨어러블 컴퓨터 경진대회’ 개최- ‘얼굴근육 움직임으로 스마트폰을 제어하는 컴퓨터’ 등 총13종의 독특한 웨어러블 컴퓨터 선보여
스마트폰을 넘는 변화의 물결로 ‘입는 컴퓨터(Wearable Computer)’가 떠오르는 가운데 KAIST가 9년째 ‘웨어러블 컴퓨터 경진대회’를 개최하고 있다.
우리 대학은 7~8일 이틀 동안 대전 본원 KI빌딩에서 입는 컴퓨터 경진대회인 ‘2013 웨어러블 컴퓨터 경진대회’를 개최한다.
‘웨어러블 컴퓨터’는 사용자가 이동 환경 중에도 자유자재로 컴퓨터를 사용하기 위해 소형화 ․ 경량화를 통해 신체와 의복의 일부분으로 착용할 수 있도록 제작된 컴퓨터인데, 스마트폰과 같은 소형화된 IT기기의 등장으로 차세대 IT 기술로 각광받고 있다.
유회준 전기및전자공학과 교수가 중심이 돼 2005년부터 개최하는‘웨어러블 컴퓨터 경진대회’는 대학생들이 특유의 아이디어와 최신 기술을 이용해 영화나 만화에서나 볼법한 입는 컴퓨터를 직접 제작해 볼 수 있는 세계 유일의 대회다.
대회에 지원한 70여 팀을 대상으로 엄격한 서류 및 발표심사를 거쳐 본선에 진출한 15개 팀을 지난 7월에 선정했다. 본선 참가자에게는 웨어러블 컴퓨터를 제작할 수 있도록 팀별로 시작품 제작비 150만원과 스마트폰 등 IT 기기들이 지원됐다.
KAIST는 구글 글래스와 삼성전자 갤럭시 기어 등의 출시로 웨어러블 컴퓨터에 대한 전 세계적 관심이 고조되고 시장이 확대되는 추세에 맞춰 올해부터 본선 진출 팀을 기존 10팀에서 15팀으로 확대해 선발했다고 밝혔다.
이번 출품작 중에는‘얼굴 근육의 움직임만으로 간단하게 스마트폰을 제어할 수 있는 사지마비 장애인을 위한 제품’이 출품돼 눈길을 끈다.
헤드밴드 형태의 이 제품은 사지마비 장애인이나 손이 불편한 사람이 제품을 착용하고 어금니를 깨무는 동작을 취하면 사용자의 근육 움직임을 감지해 스마트폰 화면에 나타난 마우스를 움직여 원하는 기능을 수행할 수 있게 도와준다.
그동안 스마트 폰은 터치로 제어해야 하는 특성상 손이 불편한 사람은 사용하기 어려워 정보화 시대에 정보의 차별이 생긴다는 문제가 제기되어 왔으나 이 제품의 개발로 그 한계를 극복할 수 있게 됐다.
이 외에도 간단한‘손동작만으로 스마트폰을 제어할 수 있는 밴드형 웨어러블 디바이스’도 출품돼 관심을 끈다. 사용자의 손가락 움직임을 인식해 전화 받기 ․ 사진촬영 ․ 악수를 통한 사용자간 파일공유가 가능하며, 인체통신을 사용해 잠금장치나 비밀번호 없이 개인정보를 지킬 수 있는 기능을 수행 할 수 있다.
그 밖에 ▲ 악기 없이 사용자의 움직임을 인식해 다양한 악기 연주를 즐길 수 있는 장갑과 신발 ▲ 시각정보를 촉각정보로 변환해 주는 시각장애인용 지팡이 ▲ 성범죄로부터 아이를 지켜주는 벨트 ▲ 사용자가 직접 슈퍼마리오가 되어 즐기는 게임 등 창의적이면서도 실용적인 제품들이 소개될 예정이다.
대회 위원장인 KAIST 유회준 교수는 “올해 삼성전자가 갤럭시 기어를 출시한 것에서 알 수 있듯이 웨어러블 컴퓨터는 스마트폰을 이을 차세대 IT 기기로 주목받고 있다”면서 “이번 경진대회와 워크숍은 일반인에게는 웨어러블 컴퓨터에 대한 국민적 관심을 높일 수 있는 기회이고, 전문가들에게는 웨어러블 컴퓨터의 현재와 미래를 조망 할 수 있는 정보교류의 장이 될 것”이라고 말했다.
한편 올해에는 경진대회와 함께‘웨어러블 컴퓨터 워크숍’도 개최될 예정이다.
‘웨어러블 컴퓨터의 현재와 미래’를 주제로 개최되는 이번 워크숍에는 박규호 KAIST 교학부총장이 기조 강연자로 나서‘유비쿼터스, 패셔너블 컴퓨터’를 주제로 강연한다.
이어 삼성전자 금동준 수석과 ETRI 정현태 실장이 각각‘웨어러블 디바이스 동향 및 발전방향’과‘웨어러블 컴퓨터 기술동향 및 산업전망’에 관해 강연할 예정이다.
대회 관람과 워크숍 참석을 원하는 일반인은 홈페이지(http://www.ufcom.org)에서 관련 정보를 얻을 수 있다.
2013.11.07 조회수 14677