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'입자 단위' 변신 로봇 트랜스포머, 머지않은 미래

[팝콘 사이언스-62]MIT-스트래터시스 등 스마트 소재 기술 '4D프린팅' 연구 본격화

류준영의 팝콘 사이언스 머니투데이 류준영 기자 |입력 : 2014.11.22 06:45|조회 : 13382
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편집자주영화나 TV 속에는 숨겨진 과학원리가 많다. 제작 자체에 디지털 기술이 활용되는 것은 물론 스토리 전개에도 과학이 뒷받침돼야한다. 한번쯤은 '저 기술이 진짜 가능해'라는 질문을 해본 경험이 있을터. 영화·TV속 과학기술은 현실에서 실제 적용될 수 있는 것일까. 상용화는 돼있나. 영화·TV에 숨어있는 과학이야기. 국내외 과학기술 관련 연구동향과 시사점을 함께 확인해보자.
트랜스포머: 사라진 시대 한 장면/CJ E&M
트랜스포머: 사라진 시대 한 장면/CJ E&M


최강 로봇 군단의 귀환 영화 '트랜스포머: 사라진 시대'에서 눈에 띄는 장면 중 하나는 전작에서 볼 수 없었던 로봇 변신 기술이다.

주인공 로봇군단인 옵티머스 프라임, 범블비 등의 오토봇 외에 이번 시리즈에서 새롭게 등장한 티라노사우루스 렉스, 익룡, 트리케라톱스 등 실제 공룡을 본 뜬 '다이노봇'은 전체 부품들이 일제히 공중에 분해되듯 정육면체 입자 형태로 쪼개진 후 재결합돼 완전히 다른 형태의 로봇으로 변신한다. 그 과정이 기존 로봇들의 물리적 변형이 아닌 화학적 재결합에 가깝다.

이는 SF공상과학영화에서만 가능한 설정이라고 여길 수 있지만, 실제로 현실에서 진행중인 R&D(연구개발) 내용을 토대로 작성된 시나리오라는 사실을 아는 사람은 드물다. '스마트 소재'라고 불리는 차세대 기술인 '4D프린팅'이 바로 그것이다.

'입자 단위' 변신 로봇 트랜스포머, 머지않은 미래
최근 등장한 3D 프린팅도 생소한데 불쑥 등장한 4D 프린팅은 대체 무엇일까.

4D프린팅 단어와 개념을 세계 최초로 고안한 과학자 스카일러 티비츠(Skylar Tibbits) MIT 자가조립연구소 소장이 출연한 테드(TED·강연, 칼럼 사이트)의 재생 회수는 21일 기준 190만을 넘어섰다. 이 기술에 대한 관심도가 그만큼 높다는 얘기이다.

과학자 이전에 건축가로 활동한 그는 "건축 자재들이 스스로 형태를 갖추고 조립된다면 편하지 않을까"라는 생각을 하다가 문득 4D프린팅 개념을 떠올리게 됐다고 말했다.

4D 프린팅은 '자가 변환'(self transformation)이라는 새 기능을 삽입한 '스마트 소재' 기술이다. 열·진동·중력·공기역학 등 각기 다른 에너지 원천에 의해 자극을 받으면 '자가 조립'이 가능하다. 때문에 제조업의 필수과정인 '조립 과정'이 생략된다. MIT와 3D프린터업체인 스트래터시스(Stratasys)가 해당 연구를 주도해 4D프린팅용 소재개발 및 다변화 연구에 주력중이다.

정보통신산업진흥원(NIPA)은 IT 최신 동향 보고서에서 4D프린팅은 프린팅된 물질들이 한 모양에서 다른 모양으로 스스로 변환할 수 있으며, 이는 마치 전선이나 모터없이 로봇공학을 구현하는 것과 동일하다고 설명하고 있다.

한국과학기술정보연구원(KISTI)은 지난 11일 서울 코엑스에서 열린 '2014 미래 유망기술 세미나'에서 '미래유망기술 10선' 중 하나로 4D프린팅을 꼽았다.

'입자 단위' 변신 로봇 트랜스포머, 머지않은 미래

4D 프린팅 기술은 광범위하게 적용할 수 있다.

운전자들은 좁은 도로에 발생한 '포트홀(Pot hole·물웅덩이)'을 피해가느라 곡예 운전을 해 사고의 위험이 따랐다. 포트홀이 있는 차선은 거의 사용하지를 못하므로 출퇴근 시간 차량 정체의 문제로 지적돼 왔다. 이처럼 장마철 어김없이 되풀이 되는 도로 포트홀 문제도 4D프린팅 기술로 해결 가능하다.

4D프린팅 기술을 이용한 도로포장재를 개발하면 빗물이나 눈이 스며든 도로의 아스팔트가 차량 무게를 이기지 못하고 떨어져 나갈 경우, 도로포장재가 스스로 구멍을 매운다.

하수 배관 등에 적용도 고려해 볼 수 있다. 예컨대 4D프린팅 소재를 쓴 배관은 퇴적물로 빗물과 오수가 빠지지 않을 경우, 평소보다 커진 압력을 감지, 해당 부분에 변형이 일어나 부풀어 오르듯 팽창하게 된다. 이를 통해 하수의 흐름을 원활하게 한다.

4D프린팅이 적용된 의류에 경우, 산에선 등산복, 비가 올 땐 비옷 기능을 지원해 외부 환경에 맞춰 변형이 가능하다. 타이어는 눈이 올 경우, 스노우타이어로 스스로 변형되는 등 다양한 기후 조건을 모두 만족하는 '만능' 타이어가 될 수 있다.

생활 로봇 분야에선 인공관절·손가락에 4D프린팅 소재를 활용하면 이용자가 원하는 난위도 있는 동작 제어가 가능하다.
'입자 단위' 변신 로봇 트랜스포머, 머지않은 미래

특히 4D프린팅 연구가 가장 활발한 곳은 군대이다. 미국 육군연구소는 4D프린팅을 연구중인 하버드·일리노이·피츠버그 대학에 85만5000달러(약 9억원) 규모의 연구비를 지원하고 있다.

스카일러 티비츠 소장은 "스텔스 폭격기나 드론(무인항공기), 전차 등에 4D프린팅 기술을 활용하면, 전투 현장 주변 환경에 맞춰 겉모습을 바꿔 효율적 엄폐가 가능하고, 자체 결함 처리도 가능해 대형·고비용 전투장비 손실을 획기적으로 줄일 수 있을 것"이라고 강조했다.

KISTI 미래기술분석실 강종석 박사는 "4D프린팅은 3D프린터의 보완제 개념으로 시장을 확장해 나갈 것이다"라며 "일반 대중들이 체감할 수 있을 정도의 제품화는 오랜 연구기간이 요구되나 글로벌 R&D 시장의 추세로 볼 때 향후 4~5년후에는 4D프린팅을 생활 다방면에 접목하는 시도를 보게 될 것"이라고 전망했다.



류준영
류준영 joon@mt.co.kr twitter facebook

※미래부 ICT·과학 담당

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