고대 일본 예술 형식은 초강력 경량 소재에 영감을 줍니다.

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키리가미(kirigami)라고 불리는 종이를 접고 자르는 고대 일본 기술은 과거 3D 프린팅 기술, 더 강한 제거 가능 테이프, 심지어 신발 코팅까지 개발하는 데 사용되었습니다. 뛰어난 제품을 만들어내는 새로운 작업 방식에 영감을 주기 때문에 그 응용 분야는 다양해졌습니다.

화요일에 발표된 보도 자료에 따르면, 이제 MIT 엔지니어들은 이 예술 형식을 사용하여 판 격자로 알려진 고성능 초강력이면서도 매우 가벼운 소재를 개발했습니다.

“이 재료는 강철 코르크와 같습니다. 코르크보다 가볍지만 강도와 강성이 높습니다.”라고 MIT의 비트 및 원자 센터(CBA)를 이끌고 이 접근 방식에 대한 새로운 논문의 수석 저자인 Neil Gershenfeld 교수는 말했습니다.

엔지니어들은 더 작은 구성 요소를 형성하고 접고 3D 모양으로 조립하는 모듈식 구성 프로세스를 사용하여 판 격자를 생산할 수 있었습니다.

이는 빔이 아닌 플레이트의 3차원 교차로 구성된 셀 구조로 트러스 격자보다 더 강하고 단단합니다.

그러나 3D 프린팅과 같은 일반적인 기술을 사용하여 제작하기가 매우 복잡합니다. 거기에 키리가미가 등장했습니다.

이 예술 형식은 7세기로 거슬러 올라가며 지금까지 부분적으로 접힌 지그재그 주름으로 판 격자를 만드는 데 성공적으로 사용되었습니다. MIT 연구원들은 Miura-ori 패턴으로 알려진 일반적인 종이 접기 주름 패턴을 수정하여 주름진 구조의 날카로운 지점이 패싯으로 변환되도록 하여 이 프로세스를 더욱 향상시켰습니다. 면은 볼트나 리벳을 사용하지 않고 플레이트를 부착할 수 있는 평평한 표면 역할을 합니다. 이를 통해 샌드위치 구조를 만들 수 있습니다.

CBA의 연구 보조원인 Parra Rubio는 "판 격자는 동일한 무게와 내부 구조를 유지하면서 강도와 강성 측면에서 빔 격자보다 성능이 뛰어납니다."라고 말했습니다.

“이론적 강성과 강도의 H2S 상한에 도달하는 것은 2광자 리소그래피를 사용한 나노규모 생산을 통해 입증되었습니다. 판격자의 구성은 너무 어려워서 거시적 규모에 대한 연구는 거의 없었다. 우리는 접는 것이 금속으로 만들어진 이러한 유형의 판 구조를 더 쉽게 활용할 수 있는 방법이라고 생각합니다.”

또한 새로운 프로세스를 통해 엔지니어는 이 데이터를 키리가미 주름을 만드는 데 사용되는 주름 맵으로 인코딩하여 새로운 재료의 강성, 강도 및 굴곡 계수를 제어할 수 있습니다.

연구원들은 Zund 절단 테이블이라는 독특한 기계를 사용하여 대규모 구조물에 편리한 모듈식 조립 공정을 고안했습니다.

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

이제 연구원들은 키리가미에서 영감을 받은 구조물을 위해 특별히 개발된 사용자 친화적인 CAD 설계 도구를 개발하고 있습니다. 지금까지 엔지니어와 대학원생으로 구성된 팀은 새로운 프로세스를 사용하여 현재 MIT 미디어 랩에 전시된 대형 알루미늄 예술 작품을 제작했습니다.

“결국 예술 작품은 우리가 논문에서 보여주는 수학과 공학적 기여 덕분에 가능합니다. 하지만 우리는 우리 작품의 미학적 힘을 무시하고 싶지 않습니다.”라고 Rubio는 말했습니다.

작품의 길이는 수 미터에 달하지만 새로운 시스템의 효율성 덕분에 제작하는 데 단 몇 시간밖에 걸리지 않았습니다.