하버드대, 프로그래머블 키리가미 메타물질로 소프트 로보틱스 새 지평… 'I Love HU' 메시지 변형 시연

종이 자르기 예술 '키리가미'로 프로그래머블 소재 구현

키리가미(Kirigami)는 일본 종이 자르기 예술로, 종이 접은 뒤 원하는 모양으로 정교하게 자르는 과정입니다. 완성된 키리가미는 종이 펴서 봅니다. 단순한 키리가미는 주로 대칭적입니다(펜타그램, 눈송이 등).

최근 몇 년간 과학자들은 이 예술을 사용해 정사각형을 원으로 바꾸고, 2D 모양을 3D로 변환하며, 뱀 영감 로봇 개발하기도 했습니다. 이는 시작일 뿐: 이 기술은 근 미래 다양한 응용 가능합니다.

최근 하버드대 연구자들이 키리가미 표면 프로그래밍해 웨어러블 기기, 신축성 전자, 형상 변화 로봇 등에 쓸 수 있는 프레임워크 개발했습니다.

키리가미 메타물질은 쉽게 잘리고 늘어나면 복잡한 3차원 형상으로 변형됩니다. 키리가미 구조에 계층(hierarchy) 도입하면 더 큰 신축성과 밴드갭 튜닝 범위 확대 가능해 기능성 더 향상됩니다.

지금까지 계층적 키리가미 메타물질 연구는 두꺼운 시트 평면 변형에 집중됐습니다. 이 연구에서 연구자들은 얇은 계층적 키리가미 시트와 아웃오브플레인(out-of-plane) 버클링(buckling) 행동 탐구했습니다.

참고: Advanced Functional Materials | DOI:10.1002/adfm.201906711 | 하버드대학교

레이저 커팅으로 시트를 정사각형 박스 시리즈로 나눴습니다. 이 박스들을 또 다른 레벨 컷으로 더 작은 정사각형들로 세분했습니다.

메타물질 늘릴 때 1차, 2차 컷 모두 반응합니다(2차 컷이 더 풍부한 반응 세트 추가).

연구팀은 시트 두께와 각 레벨 컷 폭을 신중히 선택해 기계적 메타물질 프로그래밍 가능함을 발견했습니다.

달성한 것 시연 위해 프로그래머블 계층적 키리가미 시트 늘려 "I Love HU" 메시지 표시하고 크리스마스 트리 등 특정 형태 드러내게 했습니다.

요약하면, 두 개 이상 계층적 패턴 혼합해 하나의 이질적 표면 형성하면 연구자들이 기계적 반응 추가 구성하고 적용된 기계적 변형을 통해 데이터 암호화·읽기 가능합니다.

이 연구 개발 기술은 형태학적 계산(morphological computations)과 프로그래머블 메타물질 분야에 기여합니다. 다중 모달 기능성 가진 스마트 소프트 스킨 설계 새 길도 엽니다.

기계적 소재 특성 제어력 향상으로 계층적 키리가미 표면 소프트 로보틱스에 통합해 스마트 디스플레이, 촉각 센서, 환경 기반 마찰 수준 변경 스킨 구축 가능합니다.

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