MIT의 연구원들은 누르는 것에 의해 조절이 가능한 표면 직조물로 된, 부드러운 물질들을 만들 수 있는 혁신적인 삼차원 인쇄 방법을 개발하였다. 이 방법에 의해 울퉁불퉁하거나 이랑이 있거나 복잡한 형태이거나 부드러운 직조물 등을 포함할 수 있는 다른 종류의 직조물들을 생산할 수 있다. 이와 관련된 연구결과들은 조절할 수 있고 가역적으로 되돌릴 수 있는 표면 특성을 가진 새로운 종류의 재료를 개발할 수 있게 해준다. 연구팀은 강성이 다른 두 개의 다른 고분자로 만들어진 재료를 사용하였다. 이들은 보다 단단한 입자들을 보다 유연성을 가지는 고분자 내에 끼워 넣었다. 부드러운 재료가 쥐어짜이면 표면은 각 입자들 사이의 거리뿐만 아니라 보다 단단한, 끼워져 있는 입자들의 형상에 의존하는 패턴으로 바뀌게 된다. 쥐어짜이는 것이 멈추어져 재료가 풀어지면 다시 원래의 형태로 돌아오게 된다.

MIT 대학원생 Mark Guttag, 이전에 MIT 기계학과 교수이며 현재 콜롬비아 대학의 공과대학장 Mary Boyce가 공동으로 이 연구를 수행하였다. 입자의 배열에 따라 같은 양의 압을 가하면 표면에 따라 등마루와 골이 생긴 다른 표면 형상을 얻을 수 있다. 자연에서 볼 수 있는 주름 혹은 등성이와 같은 간단한 패턴들은 이 시스템에 의해 만들어질 수 있다. 이 형상은 물체의 반사율이나 공기 역학 저항성을 조절하는데 도움이 된다. 단단한 입자의 분포를 특별하게 배열하여 생물학적 혹은 화학적 감지기의 매우 복잡한 표면을 가지는 직조물을 만들 수 있다. 액체 운동은 특별한 표면 직조물에 의해 생길 수 있는 마이크로 유체 채널을 제조하여 조절할 수 있다. 이러한 디자인을 가진 장비는 기울기가 있지만 평평한 표면을 가져 액체들이 표면 위를 따라 흐를 수 있게 해준다. 또한, 내려간 부분과 위호 올라온 부분은 원하는 대로 조절할 수가 있어 액체 흐름을 분리할 수 있다.

표면 직조물은 많은 응용분야에서 중요한 역할을 한다. 이들은 액체의 교류와 운동을 조절하는데 사용되며 조절 유기체는 표면에 만들어져 표면이 친수성 혹은 소수성을 가지게 되어 위장을 하는 응용분야에도 적용할 수 있다. 다양한 표면을 가지지 않는 고정된 패턴은 많은 방법으로 생산할 수 있다. 그러나 변화될 수 있어 균일하지 않은 직물은 위장 혹은 난류억제를 위한 부분에 응용될 수 있다. 동적으로 그리고 지역적으로 변할 수 있고 가역적으로 표면의 변화될 수 있는 유연성을 사진 기술이 이전에는 없었다. 이 시스템은 유연성의 정도와 다른 재료들의 형상 및 위치에 기반을 두고 “모든 기하학적인 구조”가 가능하다. “모든 다른 크기로 조절될 수 있는데 같은 원리가 적용된다”고 MIT의 Mark Guttag는 말한다.

연구원들은 이 연구에서 물리적인 압력을 사용하여 직조물을 조절하였다. 단순하게 습도 혹은 온도 및 전하 혹은 외부의 자극을 가하는 것에 의해 재료의 형상을 바꿀 수 있다. 비대칭적인 표면 직조물은 늘어나는 특성을 가진 입자들을 내부에 포함시켜 만들 수 있다. 하나의 방향으로 미끄러지지만 다른 방향으로는 높은 마찰이 있는 점을 이용하여 다른 형상을 가지게 만들 수 있다, 이에 의해 물질이 직조물 표면을 움직이는 방법을 조절할 수 있다. 연구원들은 처음에 컴퓨터 시뮬레이션을 사용하고 이후에 삼차원 인쇄물을 만들었다. 부드러운 인쇄 재료를 위해 만든 시뮬레이션과 표면 패턴들은 매우 밀접하게 잘 일치한다. 이 연구는 어드밴스드 기능 재료 잡지에 논문으로 게재되었다.

출처 KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』