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곽현수(포항공과대학교 기계공학부)
2022-05-03
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다양한 기능들 중 가장 대표적으로 어류 표피 구조에 영감을 받아 진행한 생체 모사 연구에 대해서 소개를 해드리려고 합니다. 동식물들에게 있어서 비늘은 다양한 기능을 수행하고 있는데 가장 대표적으로 기계적인 보호의 목적으로 사용되는 비늘 구조로부터 어떤 연구들이 진행되고 있는지 알아보려고 합니다. 2014 년도에 호기심을 갖고 시작한 연구진 [5] 들은 기본적으로 비늘 구조의 기계적 원리를 탐구하려고 하였습니다. 따라서 3D 프린팅을 통하여 튜닝이 가능한 복합재료를 기반으로 비늘 구조를 제조하여 실제 모습과 비슷하게 제작을 진행한 사례가 있습니다.  Fig. 1 3D프린팅과 유연한 폴리머 소재의 탄성중합체 재료를 결합하여 간단한 비늘 구조를 제조하여 굽힘 강성에 대한 테스트를 진행하였음. (a)는 위 혹은 아래로 굽힘을 주었을 때 거동되는 비늘 구조 형태를 보여주고 있으며, (b)는 비늘 구조가 있을 때 혹은 없을 때를 비교하여 변형에 따른 힘의 정도를 표현하고 있음. [5] Fig. 1 (a)를 보게 되면 매우 간단하고 랩 수준에서 쉽게 제작할 수 있는 생체 모사형 비늘 구조를 보여주고 있습니다. 우선 3D 프린팅 머신을 준비하고 열가소성 플라스틱 ABS(Acrylonitrile butadiene Styrene) 를 사용하여 직사각형 비늘을 여러개 제작을 합니다. 그 이후 피부층을 묘사하기 위해 매우 부드럽고 유연한 소재인 VPS(Vinylpolysiloxane)를 통해 실제 동식물의 피부층과 유사하게 제작을 하여 두 개를 떨어지지 않게 잘 고정을 하여 제조하였습니다. 이렇게 제조된 생체 모사 비늘 (Biomimetic Scales)은 비늘이 없을 때와 비교하여 다양한 기계적인 기능을 수행한다고 합니다. Fig. 1의 (b)처럼 비늘이 존재하지 않을 때는 같은 크기의 변형을 줄 때 매우 적은 힘으로도 변형이 발생하게 됩니다. 하지만 저런 격자무늬의 비늘 구조를 삽입하게 되면 그 크기가 10배 이상으로 단단해지는 사실을 알 수 있습니다.  |
- 격자무늬의 비늘 구조
- 생체 모사 비늘 (Biomimetic Scales)
- 유연한 소재인 VPS(Vinylpolysiloxane)
- 3D프린팅
- 폴리머 소재
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