▲ Auxetic 메타구조를 적용한 형상기억 고분자 소재의 4D프린팅 기술 및 형상변형 웨어러블 보호장치 제작 개념도

국내 연구진이 인공지능(AI)과 3D프린팅 기술 연계를 통해 주머니에 넣었다가 필요할 때 사용이 가능한 보호장치를 구현하는 형상기억 4D프린팅 기술개발에 성공했다.

서울과학기술대학교 기계시스템공학부 박근 교수 연구팀은 형상기억 고분자 소재 기반 4D프린팅 기법을 적용하여 변형 가능한 웨어러블 보호장치를 개발하기 위한 연구를 수행했다고 지난 25일 밝혔다. 

해당 연구는 설계 및 재료부문 국제 저명 학술지인 ‘Materials & Design’(IF 8.2) 온라인판에 게재됐다. 논문에는 서울과학기술대학교 기계설계로봇공학과 김민성 학생에 제1저자로 참여했으며, 같은 학과 김의현 학생과 이승제 교수가 공동저자로 참여했다. 

연구팀은 특히 형상기억 고분자와 Auxetic 메타구조를 결합해 높은 신장률 및 우수한 형상 회복 성능을 동시에 가지는 4D프린팅 구조를 제안했다. 또한 이를 활용해 호주머니에 보관할 수 있는 컴팩트한 크기(50x60x2mm)의 손목 보호대를 제작했다. 

손목 보호대는 60℃ 물에서 연화시킨 후 2배 가까이 늘려 손목에 맞춤형으로 장착할 수 있으며, 사용 후에는 재가열하여 원래의 컴팩트한 크기로 보관할 수 있다.

박근 교수는 “해외출장시 주머니에 넣고 다니다가 호텔방에서 온수를 사용하여 4D프린팅을 할 수 있으며 실제로 지난해 국제학술대회에서 기술 발표 때 시연을 해서 많은 관심을 받았다”고 밝혔다.

연구팀은 해당 연구결과로 이미 특허 출원을 마친 상태이며, 추후 휴대폰 크기의 신발용 인솔, A4용지 크기의 허리보호대 등으로 확장해 상용화 가능성을 높일 계획이다. 

한편 이번 연구는 한국연구재단의 중견연구자 및 기초연구실 사업의 지원으로 수행됐다.

▲ 메타구조 4D프린팅 응용 방안(휴대폰 크기의 신발 인솔, A4 크기의 허리보호대)