나노기술 및 정책 정보

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노스웨스턴 대학교(Northwestern University) 연구팀이 종이 접기에서 얻은 아이디어를 사용하여 3D 프린팅에 대한 정교한 대안을 만들고 있어, 종이 눈송이, 팝업 아동 도서 및 정교한 종이 카드는 공예가 이상의 관심사가 되었음. Kirigami는 일본어 단어 "kiru"(잘라 내기)와 "kami"(종이)에서 유래되었으며 종이를 정밀하게 자르고 3 차원 물체로 변형하는 전통적인 예술 형식임. 재료와 소프트웨어의 얇은 필름을 사용하여 정확한 기하학적 절단을 선택하면 엔지니어는 영감을 얻어 실상에서 광범위한 복잡한 구조를 만들 수 있음. 2015 년에 발표된 연구는 kirigami "팝업" 제작 모델에서 가능성을 보여주었음. 이 반복에서 컷에 의해 생성된 리본 모양의 구조는 닫힌 모양을 달성하는 능력이 제한적인 열린 모양이었음. 같은 영감을 바탕으로 한 다른 연구는 주로 종이와 같은 단순한 재료로 키리가미를 거시적으로 적용할 수 있음을 보여주었음. 그리고 이번에 발표된 새로운 연구는 프로세스를 한 단계 더 발전 시켰음. 연구팀이 디자인과 키리가미의 개념을 나노 구조에 적용 할 수 있었음. 나노 제조, 실시간 현미경 실험 및 컴퓨터 모델링을 결합함으로써 키리가미 구조의 풍부한 거동을 밝혀내고 실제 응용에 사용하기 위한 조건을 확인했음. 연구팀은 반도체 제조에서 최첨단 방법을 사용하여 2D 구조를 생성하고 초박막 필름에 조심스럽게 "키리가미 컷"을 배치했음. 필름의 잔류 응력에 의해 유도된 구조적 불안정성은 잘 정의된 3D 구조를 생성하였음. 엔지니어링된 키리가미 구조는 마이크로 스케일 그리퍼(예 : 셀 선택)에서 공간 광변조기, 비행기 날개의 흐름 제어에 이르기까지 다양한 응용 분야에 사용될 수 있음. 이러한 기능은 생체 의학 장치, 에너지 수확 및 항공 우주 분야의 잠재적인 응용 분야를 가지고 있음. 일반적으로 단일 키리가미 모티브로 만들 수 있는 모양의 수에는 제한이 있음. 그러나 컷의 변형을 사용하여 팀은 대칭 및 비대칭 구성을 포함하여 더 다양한 모양을 만드는 필름 벤딩 및 비틀림을 시연할 수 있었음. 연구팀은 수십 나노미터의 막 두께를 사용하는 마이크로 스케일의 구조가 특이한 3D 모양을 달성하고 더 넓은 기능을 제공할 수 있음을 처음으로 입증했음. 예를 들어 정전기 마이크로 핀셋은 찰칵 소리가 나며 부드러운 샘플을 붙들 수 있음. 반대로 키리가미 기반 핀셋은 스트레칭 정도를 조정하여 잡는 힘을 정밀하게 제어하도록 설계할 수 있음. 이 응용 프로그램과 다른 응용 프로그램에서 컴퓨터 시뮬레이션을 기반으로 절단 위치를 설계하고 구조적 동작을 예측하는 기능은 시행착오를 없애고 비용과 시간을 절약함. 연구가 진행됨에 따라 가능한 많은 기능을 달성하기 위해 어레이 구성을 포함하여 키리가미 디자인의 넓은 공간을 탐색할 계획임. 향후 연구를 위한 또 다른 영역은 키리가미 배포 및 제어를 위한 분산 액추에이터의 내장임. 이 기술을 더 자세히 조사함으로써 팀은 키리가미가 건축, 항공 우주 및 환경 공학에 영향을 미칠 수 있을 것으로 기대함.

본 연구 성과는 ‘Advanced Materials’ (“Kirigami Engineering—Nanoscale Structures Exhibiting a Range of Controllable 3D Configurations”) 지에 게재됨