부산대, 출력 속도로 소재 신장·수축 방향 바꿔

분자 배열 약 90도 전환 확인
가열 때 28% 늘고 31% 줄어
햅틱·스마트 표면 응용 가능성

부산대 안석균 교수팀이 3D 프린팅 조건을 조절해 액정분자의 배열 방향을 바꾸고, 근적외선 조사로 물결무늬와 사람 얼굴 등이 나타나는 가변표면을 구현한 과정.(사진=부산대학교 제공)

한 종류의 액정탄성체가 가열됐을 때 늘어나거나 줄어들도록 움직임의 방향을 정하는 3D 프린팅 기술이 개발됐다.

부산대학교 응용화학공학부 안석균 교수 연구팀은 출력 속도와 온도를 위치별로 달리해 액정분자의 배열을 약 90도 바꾸는 데 성공했다. 복수의 재료나 복잡한 출력 경로 없이 변형 방향을 조절한 것이 핵심이다.

실험에서는 액정탄성체 필라멘트가 열을 받으면 최대 약 28% 길어지거나 약 31% 짧아졌다. 연구팀은 층을 이루는 스멕틱 액정 구조가 공정 조건에 따라 유지되거나 무너지는 현상을 이용했다.

이 원리를 적용한 구조물은 안장이나 원뿔 모양으로 바뀌었고 격자는 팽창과 수축을 보였다. 액정탄성체에 형상기억고분자를 결합한 표면에서는 근적외선을 비췄을 때 물결과 골프공 딤플, 사람 얼굴 형상이 솟아올랐다가 다시 평면으로 돌아왔다.

연구진은 이 기술이 촉각 인터페이스와 공기 흐름을 조절하는 차량·드론 외장, 소프트 로봇, 인공근육 등에 활용될 가능성이 있다고 설명했다.

이진형 박사가 제1저자로 참여했으며 안 교수와 미국 오크리지국립연구소 얀-마이클 Y. 카리요 박사가 공동 교신저자를 맡았다. 논문은 지난 7월 10일 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션즈'에 실렸다.

부산=김성욱 기자