위치마다 다른 변형을 설계하는 3D 직조 구조
같은 재료 안에서도 한쪽은 부드럽고 다른 쪽은 단단하게 만들 수 있을까. MIT 연구진은 섬유의 배치와 연결을 그래프로 정하고, 직조 단위 셀의 설계값을 위치마다 조절하는 방법을 제시했다.
메타물질은 화학 조성보다 내부 미세구조가 성질을 주로 결정한다. 이번 3D 직조 메타물질의 기본 구조는 서로 얽힌 섬유로 이뤄지며, 이 섬유들은 스스로 맞닿고 얽힌다.
연결에서 위치별 반응으로
알고리즘이 만든 그래프의 속성은 각 섬유의 자리와 연결을 정한다. 기본 단위는 섬유를 짜 놓은 단위 셀이다. 연구팀은 이를 이루는 섬유의 반지름과 피치를 조절해 위치에 따라 더 부드럽거나 더 단단하게 맞추고, 늘어날 때 형태가 바뀌도록 설계할 수 있게 했다.
접촉과 얽힘을 포함한 예측
시뮬레이션은 섬유끼리 스스로 맞닿는 자가 접촉과 얽힘을 포착해 변형 반응을 예측한다. 변형과 찢어짐 패턴을 예측하고 견디도록 설계하는 데도 쓰인다. 연구팀은 계산을 바탕으로 위치마다 형상이 다른 구조를 제작하고 마이크로스케일에서 실험했다.
설계 도구가 다루는 파손
연구진은 늘어날 때의 형태 변화, 섬유의 얽힘과 매듭, 끝까지 늘렸을 때 찢어지는 방식을 설계할 수 있다고 설명했다. 기하학적 설계값으로 변형과 파손을 제어·예측하는 도구와 새로운 직조 기본 구조를 제시한 것이다. 수작업으로 복잡한 격자를 설계하던 한계를 넘어 다양한 격자를 만드는 도구를 개발했다는 점도 연구진이 강조한 변화다.
공개된 오픈소스 코드는 사양에 맞는 설계를 만들고 3D프린터 출력·시뮬레이션용 파일을 생성한다.
웨어러블 센서와 항공우주·방위용 직물, 유연 전자기기는 가능한 응용으로 언급됐다.
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