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Aug 29, 2023

MIT 엔지니어들은 키리가미를 사용하여 초강력, 경량 구조를 만듭니다.

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셀형 고체는 벌집 모양과 같이 함께 포장된 많은 셀로 구성된 물질입니다. 이러한 셀의 모양은 강성이나 강도를 포함하여 재료의 기계적 특성을 크게 결정합니다. 예를 들어, 뼈는 천연 소재로 채워져 있어 가벼우면서도 뻣뻣하고 튼튼합니다.

자연에서 발견되는 뼈와 기타 세포 고체에서 영감을 받아 인간은 동일한 개념을 사용하여 건축 재료를 개발해 왔습니다. 연구자들은 이러한 재료를 구성하는 단위 셀의 기하학적 구조를 변경함으로써 재료의 기계적, 열적, 음향적 특성을 맞춤화할 수 있습니다. 건축 자재는 충격 흡수 포장 폼부터 열 조절 라디에이터까지 다양한 응용 분야에 사용됩니다.

종이를 접고 자르는 고대 일본 기술인 키리가미(kirigami)를 사용하여 MIT 연구원들은 이전에 적층 제조를 통해 과학자들이 달성할 수 있었던 것보다 훨씬 더 큰 규모로 판 격자로 알려진 일종의 고성능 건축 재료를 제조했습니다. 이 기술을 사용하면 맞춤형 모양과 특별히 맞춤화된 기계적 특성을 지닌 금속이나 기타 재료로 이러한 구조를 만들 수 있습니다.

“이 재료는 강철 코르크와 같습니다. 코르크보다 가볍지만 강도와 강성이 높습니다.”라고 MIT의 비트 및 원자 센터(CBA)를 이끌고 이 접근 방식에 대한 새로운 논문의 수석 저자인 Neil Gershenfeld 교수는 말합니다.

연구원들은 많은 작은 구성 요소가 형성되고, 접히고, 3D 모양으로 조립되는 모듈식 구성 프로세스를 개발했습니다. 이 방법을 사용하여 그들은 지정된 하중 하에서 형태를 변형하고 유지할 수 있는 초경량 및 초강력 구조물과 로봇을 제작했습니다.

이러한 구조는 가볍지만 강하고 단단하며 대규모로 대량 생산하기가 상대적으로 쉽기 때문에 건축, 비행기, 자동차 또는 항공 우주 부품에 특히 유용할 수 있습니다.

Gershenfeld와 함께 공동 저자인 CBA의 연구 조교인 Alfonso Parra Rubio와 MIT 전기 공학 및 컴퓨터 과학 대학원생인 Klara Mundilova가 논문에 합류했습니다. CBA 대학원생 David Preiss와 함께; MIT 컴퓨터 과학 교수인 Erik D. Demaine도 있습니다. 이 연구는 ASME의 컴퓨터 및 정보 엔지니어링 컨퍼런스에서 발표될 예정입니다.

접어서 제작

격자와 같은 건축 재료는 종종 샌드위치 구조로 알려진 복합 재료 유형의 코어로 사용됩니다. 샌드위치 구조를 구상하려면 일련의 교차하는 대각선 빔이 상단 패널과 하단 패널 사이에 끼워진 격자 코어를 형성하는 비행기 날개를 생각해 보십시오. 이 트러스 격자는 강성과 강도가 높으면서도 매우 가볍습니다.

판 격자는 빔이 아닌 판의 3차원 교차로 만들어진 셀 구조입니다. 이러한 고성능 구조는 트러스 격자보다 훨씬 더 강하고 견고하지만 복잡한 모양으로 인해 특히 대규모 엔지니어링 응용 분야의 경우 3D 프린팅과 같은 일반적인 기술을 사용하여 제작하기가 어렵습니다.

MIT 연구원들은 7세기 일본 예술가들의 역사를 추적하는 종이를 접고 잘라서 3D 모양을 만드는 기술인 키리가미를 사용하여 이러한 제조 문제를 극복했습니다.

Kirigami는 부분적으로 접힌 지그재그 주름으로 판 격자를 만드는 데 사용되었습니다. 그러나 샌드위치 구조를 만들려면 지그재그 주름으로 형성된 좁은 지점에 있는 이 주름진 코어의 상단과 하단에 평판을 부착해야 합니다. 이를 위해서는 조립 속도가 느리고 비용이 많이 들고 확장이 어려울 수 있는 강력한 접착제나 용접 기술이 필요한 경우가 많습니다.