코팅 없이 빛만으로 움직인다…KAIST, 메타모핑 금속 개발

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 국내 연구진이 별도의 전선이나 구동장치 없이 빛만 비추면 스스로 형태가 변하는 금속 구조를 개발했다.

한국과학기술원(카이스트·KAIST)은 기계공학과 오일권 교수팀이 단 한 번의 자외선(UV) 레이저 공정으로 평평한 니켈-티타늄 형상기억합금(SMA) 시트를 빛을 받으면 입체구조로 변하는 메타모핑 구조로 제작하는 기술을 개발했다고 20일 밝혔다. 메타모핑(Meta-morphing) 구조는 외부 자극에 따라 미리 설계한 형태로 변형되는 구조다.

형상기억합금은 일정 온도 이상에서 원래 형태로 돌아가는 특수 금속으로 가볍지만 큰 힘을 낼 수 있어 차세대 웨어러블 기기와 소프트 로봇의 핵심 소재로 꼽힌다.

하지만 기존에는 금속 표면이 빛을 충분히 흡수하지 못해 그래핀 산화물이나 질화티타늄(TiN) 등 별도의 광흡수 코팅이 필요했고 반복 사용 시 코팅이 벗겨지고 제작공정이 복잡해지는 한계가 있었다.

이번에 연구팀은 자외선 레이저를 단 한 번 쏘는 것만으로 금속판에 키리가미(종이를 오려 입체구조를 만드는 기법) 형태의 절개 패턴을 만들고 동시에 빛을 잘 흡수하는 표면 구조로 바꾸는 데 성공했다. 이를 통해 별도의 광흡수 코팅 없이도 빛만으로 금속구조를 구동할 수 있는 제조기술을 확보했다.

이 기술은 금속이 얼마나 변형되는지는 물론 어떤 순서로 형태를 바꿀지까지 하나의 금속 안에 미리 설계돼 있다는게 큰 특징이다.

연구팀은 레이저 가공방식을 조절해 같은 빛을 비춰도 어떤 부위는 먼저, 다른 부분은 나중에 변형토록 구현했다.

연구팀 관계자는 "레이저 가공방식을 조절해 같은 빛을 비춰도 어떤 부분은 먼저, 다른 부분은 나중에 변형되도록 했다"며 "별도의 전기신호나 복잡한 제어장치 없이도 금속 스스로 정해진 순서에 따라 형태를 바꾸도록 만든 것"이라고 설명했다.

이어 연구팀은 이 기술을 근적외선(NIR) LED와 결합해 화면 일부가 실제로 솟아오르는 형상 디스플레이(화면이 실제로 입체 형태로 변하는 디스플레이)와 햅틱(Haptic·촉각을 전달하는 기술) 인터페이스로 구현했다. 또 문자 'K→A→I→S→T'를 순차적으로 표시하고 손끝으로 방향을 안내하는 촉각신호를 구현하는 검증에도 성공했다.

이번 기술은 하나의 레이저 공정으로 기계적 변형과 광학적 특성을 동시에 구현, 제조공정을 단순화할 수 있어 적응형 표면과 촉각 디스플레이, 차세대 웨어러블 기기, 광열 기반 소프트 로봇 등 다양한 분야에 활용될 것으로 기대된다.

김현수 KAIST 기계공학과 석사과정이 제1저자, 오일권 교수가 교신저자로 참여한 이번 연구는 지난달 4일 발행된 국제학술지 '어드밴스드 사이언스(Advanced Science)'의 이면 표지 논문(Inside Back Cover)으로 선정됐다.

오일권 교수는 "기존 방식이 구조설계와 광흡수 코팅을 분리된 공정으로 수행했던 것과 달리 하나의 레이저 공정으로 두 기능을 통합해 제조 단순성과 확장성을 확보했다"며 "빛만으로 형상을 자유롭게 제어할 수 있어 차세대 웨어러블 기기와 인터랙티브 햅틱 인터페이스, 소프트 로봇 등 다양한 분야에 활용될 것으로 전망한다"고 말했다.

◎공감언론 뉴시스 kys0505@newsis.com ...