외신 보도에 따르면, 서울대학교 연구진이 공학 재료의 하중 지지 강도와 발포 재료의 가벼움을 동시에 갖춘 새로운 초경량 구조 재료를 개발했다. 연구팀은 ‘3D 노드 감기’라는 방법을 이용해 메조스케일 탄소섬유 격자를 구축했으며, 그 강도 대 중량비는 알루미늄에 필적하지만 무게는 알루미늄의 1%에 불과하다. 관련 연구 결과는 학술지 《네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)》에 게재되었으며, 이음매나 적층 조립 없이 고강도 경량 구조를 구축할 수 있는 새로운 방법을 제시했다.
이 방법은 구조 설계의 핵심 병목 현상 중 하나인 복잡한 3차원 구조를 개별 부품으로 조립해야 한다는 한계를 돌파했다. 이 방법은 조립이 필요 없이 구조를 연속 시스템으로 구축함으로써 기하학적 복잡성과 기계적 완전성을 동시에 실현할 수 있다.
고강도 구조 제조에 대한 재고
드론과 로봇부터 차량 및 항공우주 시스템에 이르기까지, 고강도 경량 재료는 다양한 응용 분야에서 매우 중요하다. 오늘날의 탄소섬유 복합재는 이미 고강도와 저중량의 장점을 갖추고 있지만, 일반적으로 얇은 층을 쌓거나 여러 부품을 조립하여 제조된다. 이러한 공정은 설계 자유도를 제한하고, 층간 또는 부품 연결부에 취약한 계면을 도입한다.
3D 프린팅 복합재와 같은 비교적 새로운 방법조차도 층별 제조에 의존한다. 이는 내부에 경계를 형성하여 하중 전달을 방해하므로, 구조적 복잡성과 기계적 신뢰성 사이에서 절충을 강요한다.
단일 연속 섬유로 구조 구축
이러한 한계를 극복하기 위해 연구팀은 완전히 다른 제조 방법을 개발했다. 재료를 조립하거나 적층하는 대신, 단일 연속 탄소섬유를 3차원 공간에 직접 배치하여 구조를 정의하는 방식이다.
