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2018년 10월 7일 일요일

절지동물에서 영감을 받은 시멘트 3D 프린팅 기술



(The first-ever bioinspired 3D-printed cement paste element shows promise for making infrastructure more resilient to mechanical loads, like those that occur during natural disasters. Credit: Purdue University Concrete 3D Printing Team/Mohamadreza Moini)


 퍼듀 대학의 연구자들이 절지동물의 외골격에서 영감을 얻어 쉽게 부서지지 않는 3D 프린팅 적층 구조물을 만들었습니다. 곤충이나 갑각류 같은 절지동물이 지금처럼 성공한 동물문이 된 비결은 방어에 유리한 외골격에 있습니다. 단단하고 가벼운 외골격 시스템이 몸을 지탱해주는 것은 물론 외부 충격도 잘 방어해주는 것이죠. 


 퍼듀 대학의 얀 올렉 교수 (Jan Olek, a professor in Purdue's Lyles School of Civil Engineering)가 이끄는 연구팀은 갑각류나 곤충에서 외골격에 있는 미세 구조를 3차원로 적층한 시멘트 구조물에 적용했습니다. 시멘트의 단점은 균열에 약하고 무겁다는 것인데, 이를 극복하는데 이런 외골격 구조가 도움이 될 것으로 생각한 것입니다. 가볍고 균열 및 충격에 강한 시멘트 구조물은 내진 건물 개발에 큰 도움이 될 수 있습니다. 


 여러 가지 형태 ("honeycomb," "compliant", "Bouligand") 를 적용해 본 결과 연구팀은 이런 3차원 구조가 시멘트 출력물을 더 튼튼하고 균열에 강하게 만들 수 있음을 확인했습니다. 예를 들어 불리강 (Bouligand) 형태의 구조물은 균열에 특히 강하고 compliant 구조는 놀랍게도 시멘트로 출력했는데도 스프링 같은 특징을 지녔습니다. (동영상 참조) 연구팀은 이 결과를 저널 Advanced Materials에 발표했습니다. 




(동영상) 



 살아있는 생물체에 영감을 받은 (bioinspired) 공학 기술은 우리 주변에 드물지 않습니다. 벌집에서 영감을 얻은 허니컴 구조는 무게를 줄이고 강도를 높이기 위해 여러 영역에서 활용되고 있습니다. 곤충과 갑각류의 외골격 구조 역시 인간이 모방하고 싶어하는 자연의 하이테크 기술입니다. 앞으로 여기서 흥미로운 결과가 나올 수 있기를 희망합니다.


 참고 


Mohamadreza Moini et al, Additive Manufacturing and Performance of Architectured Cement-Based Materials, Advanced Materials (2018). DOI: 10.1002/adma.201802123



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