셀프 변신 소재

만일 이케아에서 구입한 책상의 포장박스를 열었는데 책상 부품들이 알아서 조립된다면 어떨까. 또는 수압이 낮아지면 알아서 줄어드는 수도관이 있다면? 그런 수도관이라면 샤워할 때 물줄기가 약해질 일도 없고, 물의 낭비도 줄일 수 있다. 이것이 바로 4D 프린터가 만들어갈 미래며, 현재 다수의 연구소에서 그 미래를 현실화하고자 고군분투 중에 있다. 이와 관련 MIT 자가조립연구소의 스카일라 티비츠 박사는 2013년 TED 강연에서 물에 넣으면 각각 M, I, T라는 문자로 변형되는 플라스틱 막대를 시연했다. 그리고 이 기술을 가리켜 ‘4D 프린팅’이라 처음 칭했다. 노스캐롤라이나 주립대학 연구팀의 스스로 접히는 종이접기 폴리머나 하버드대학 연구팀의 자가 조립 로봇 등이 이 분야에 포함된다.

이들 소재는 특정한 상황에 노출되면 사전에 프로그래밍 해놓은 데로 모양을 바꾼다. 여기서 말하는 특정 상황은 빛이나 열, 수분, 기압, 전기, 자기장 등 다양하다. 지난 2년간 펜타곤 산하 방위고등연구계획국(DARPA)과 미 육군연구소는 이 분야에서 상당한 성과를 거뒀다. 그리고 현재 스스로 건설되는 다리, 착용자의 생체정보를 인식해 단열성을 조절하는 군복, 주변 환경에 따라 색상이 바뀌는 위장복 등의 개발에 한창이다. 티비츠 박사팀의 경우 4D 프린팅 기술을 일상생활과 접목시키고자 주력하고 있다.

“저희의 핵심 전략은 기업과 협력해 이 기술의 혜택을 대중들이 누리도록 만드는 것입니다.” 이를 위해 지난해 티비츠 박사팀은 열을 가하면 사전 프로그래밍 된 모양으로 변신하는 탄소섬유 시트 위에 다양한 소재들을 인쇄하는데 성공했다. 향후 이 소재들이 고도의 공기역학성이 요구되는 레이싱카의 스포일러나 항공기의 날개에 쓰일 수 있다는 게 티비츠 박사의 설명이다.



특히 첨단소재 기업 카비텍스의 설립자인 주너스 칸은 4D 프린팅이 제품 설계방식의 혁명을 이끌 수도 있다고 강조한다. “포장된 상태에선 납작하다가 포장에서 꺼내면 제 모양을 갖추는 제품을 상상해보세요. 이때는 컨테이너 10개에 적재했던 것과 동일한 물량을 컨테이너 2개에 넣을 수도 있습니다.”

다만 하버드대학의 제니퍼 루이스 교수는 프로그래밍 가능한 4D 프린팅 소재의 개발과 상용화에 안전장치가 필요하다고 말한다. 4D 프린팅 소재를 사용한 교량이 갑자기 분해되거나 비행 중인 항공기 날개가 제어되지 않는다면 큰일이 나기 때문이다.

4분
하버드대학 연구팀이개발한 4D 프린팅 탄소섬유 시트가 스스로 접혀서 로봇으로 변신하기까지 걸리는 시간.