Kirigami: 새로운 경량 소재를 만드는 데 도움이 되는 일본 예술 형식

작성자: Vish Gain

4일 전

이미지: 연구원 제공

MIT 과학자 팀이 개발한 '강철 코르크'와 유사한 판 격자는 비행기, 자동차, 우주선을 위한 강력하고 가벼운 부품을 만드는 데 도움이 될 수 있습니다.

과학자들은 코르크보다 가벼운 종이를 접고 자르는 고대 일본 예술 형식인 키리가미를 기반으로 강력한 새로운 유형의 금속 기반 소재를 만들었습니다.

더 인기 있는 종이접기와 마찬가지로, 키리가미는 가볍고 견고한 3D 모양을 만들기 위해 종이를 접고 자르는 방법입니다. 과학자들은 종이를 금속으로 대체함으로써 소위 건축 재료라고 불리는 이 재료가 맞춤형 기계적 특성을 가질 수 있기를 바라고 있습니다.

매사추세츠 공과대학(MIT)의 비트 및 원자 센터를 이끌고 이 접근 방식에 대한 새로운 논문의 수석 저자인 Neil Gershenfeld 교수는 "이 재료는 강철 코르크와 같습니다."라고 말했습니다. “코르크보다 가볍지만 강도와 강성이 높습니다.”

판 격자(plate lattice)로 알려진 이 소재는 이전에 과학자들이 적층 제조를 통해 달성할 수 있었던 것보다 훨씬 더 큰 규모로 제작되었습니다. 맞춤형 모양을 통해 과학자들은 금속이나 기타 재료에 새로운 기계적 특성을 부여할 수 있습니다.

이 논문은 이번 주 보스턴에서 열린 국제 디자인 엔지니어링 기술 컨퍼런스와 엔지니어링 컨퍼런스의 컴퓨터 및 정보에서 발표되었습니다.

"판 격자는 동일한 무게와 내부 구조를 유지하면서 강도와 강성 측면에서 빔 격자보다 성능이 뛰어납니다"라고 논문의 공동 저자 중 한 명인 Alfonso Parra Rubio가 말했습니다.

“[그것은] 건설이 너무 어려워서 거시적 규모에 대한 연구가 거의 없었습니다. 우리는 접는 것이 금속으로 만들어진 이러한 유형의 판 구조를 더 쉽게 활용할 수 있는 방법이라고 생각합니다.”

논문 뒤에는 MIT 전기 공학 및 컴퓨터 과학 대학원생인 Klara Mundilova, MIT 대학원생 David Preiss, MIT 컴퓨터 과학 교수인 Erik Demaine이 포함됩니다.

이 방법을 사용하여 팀은 압축 강도가 62킬로뉴턴 이상이지만 무게는 평방 미터당 90kg에 불과한 알루미늄 구조물을 생산했습니다. 반면에 코르크의 무게는 평방미터당 약 100kg입니다.

팀은 구조가 너무 강해서 일반적인 알루미늄 주름보다 3배 더 많은 힘을 견딜 수 있다는 것을 발견했습니다. 이는 이 기술이 과학자들이 비행기, 자동차, 우주선을 위한 더 가볍고 충격을 흡수하는 부품을 생산하는 데 도움이 될 수 있음을 의미합니다.

“자동차나 비행기 같은 것을 만들려면 툴링에 막대한 투자가 들어갑니다. 이 제조 공정에는 3D 프린팅과 같은 도구가 필요하지 않습니다.”라고 Gershenfeld는 설명했습니다. "그러나 3D 프린팅과 달리 우리 프로세스는 기록 재료 특성에 대한 한계를 설정할 수 있습니다."

그러나 키리가미 판 격자 구조를 사용하는 방법은 모델링하기 어려울 수 있습니다.

"복잡한 건축 프로젝트를 제작한 경험에 따르면 대규모 곡선 및 이중 곡선 요소를 구성하는 현재 방법은 재료 집약적이고 낭비적이므로 대부분의 프로젝트에 비실용적이라고 간주됩니다."라고 제작 및 설치 회사 설계를 위한 공동 창립자인 James Coleman은 말했습니다. SumPoint.

“저자들의 기술은 항공우주 및 자동차 산업에 새로운 솔루션을 제공하지만, 그들의 세포 기반 방법은 건축 환경에도 큰 영향을 미칠 수 있다고 믿습니다.”라고 그는 덧붙였습니다.

이 작업에 참여하지 않은 Coleman은 특정 특성을 지닌 다양한 판 격자 형상을 제작할 수 있는 능력이 더 적은 재료로 더 높은 성능과 더 표현력 있는 건물을 가능하게 할 수 있다고 생각합니다.

"무거운 강철 및 콘크리트 구조물은 안녕, 가벼운 격자는 안녕!"

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관련: 연구, 우주 기술, 자동차 기술, 재료 과학, 일본, MIT