우리 대부분에게 뜨개질은 스웨터, 스카프, 그리고 아마도 겨울을 더욱 패셔너블하게 만들겠다는 야심찬 할머니를 떠올리게 합니다. 그러나 하버드 대학의 연구자들은 훨씬 더 미래 지향적인 비전을 가지고 있습니다. 그들은 일반 편직물을 모양을 바꿀 수 있고 전기 스위치 역할을 하며 움직임을 감지하고 잠재적으로 미래의 웨어러블 기술의 기반을 형성할 수 있는 프로그래밍 가능한 소재로 변형시켰습니다.
Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences(SEAS)의 과학자들이 Advanced Functional Materials에 발표한 이 연구는 기계로 편직된 직물이 모터나 견고한 기계 부품에 의존하지 않고 여러 안정적인 형태 사이를 “스냅”할 수 있는 방법을 보여줍니다.
간단히 말해서 이러한 직물은 의류라기보다는 소프트 로봇처럼 작동합니다.
모양을 기억하는 니트 원단
이 획기적인 발전은 다중 안정성이라는 개념을 중심으로 진행됩니다. 다중 안정성은 물체가 자연스럽게 하나 이상의 안정적인 구성으로 정착될 수 있습니다. 전등 스위치를 생각해 보세요. 켜짐과 꺼짐의 중간에 머물지 않습니다. 대신 두 위치 중 하나로 깔끔하게 고정됩니다.
하버드 팀은 특별히 선택된 탄성 원사와 산업용 편직 기술을 사용하여 이러한 동작을 재현했습니다. 현재 Katia Bertoldi 교수 연구실의 박사후 연구원인 Kausalya Mahadevan이 주도하는 이 프로젝트는 섬유 공학의 원리와 비선형 역학, 즉 힘에 따라 재료가 어떻게 구부러지고, 구부러지고, 부러지는지를 연구하는 물리학 분야를 결합합니다.
연구진은 플라스틱이나 엔지니어링 복잡한 폴리머를 성형하는 대신 모자, 장갑, 스웨터와 같은 일상 의류를 생산하는 데 사용되는 것과 동일한 제조 공정인 위편직에 의존했습니다. 플레이팅이라는 기술을 사용해 서로 다른 탄성 원사들을 조심스럽게 배열해 촘촘한 니트 구조를 만들어 자연스럽게 3차원 형태로 컬링되도록 했습니다.
그 결과, 미리 정의된 위치로 안정적으로 돌아가면서 반복적으로 모양을 변경할 수 있는 직물이 탄생했습니다.
스마트 의류부터 프로그래밍 가능한 인테리어까지
팀은 형태를 바꾸는 직물을 만드는 데 그치지 않았습니다. 실용적인 응용을 입증하기 위해 연구원들은 전도성 원사를 섬유에 통합하여 소프트 전기 스위치로 기능할 수 있도록 했습니다. 한 프로토타입은 두 개의 안정된 위치 사이를 스냅하는 것만으로 LED를 켜고 끌 수 있었습니다.
또 다른 하나는 직물을 착용 가능한 모션 센서로 변형했습니다. 사람의 무릎이나 팔꿈치 위에 장착된 직물은 각 스냅을 감지하고 걸음 수를 계산할 수 있는 Arduino 컨트롤러에 동작을 전송했습니다. 아마도 가장 눈길을 끄는 시연은 재구성 가능한 전등갓이었을 것입니다. 편물 구조의 다양한 부분을 늘림으로써 사용자는 디자인을 지배하는 기존 버튼이나 전자 장치 없이도 램프 색상을 변경하는 별도의 스위치를 활성화할 수 있었습니다.
가장 큰 장점 중 하나는 확장성입니다. 연구원들은 상업용 의류 공장에서 이미 발견된 기계를 사용하여 이러한 직물을 개발했습니다. 이는 이 기술이 생산에 도달하기 위해 이국적인 제조 기술을 필요로 하지 않는다는 것을 의미합니다. 의류를 넘어, 이 작업은 프로그래밍 가능한 직물을 빠르게 성장하는 기계적 메타물질 분야에 더 가깝게 밀어붙입니다. 여기서 구조는 복잡한 전자 장치보다는 기하학적 구조에서 고유한 능력을 끌어냅니다.
장기적인 비전은 훨씬 더 야심적입니다. 연구원들은 신체 움직임을 조용히 모니터링하고, 촉각 피드백을 제공하고, 환경 변화에 반응하거나, 필요에 따라 완전히 새로운 형태로 물리적으로 변형되는 직물을 상상합니다. 스마트 직물은 수년간 존재해왔지만 직물에 꿰매어진 견고한 센서와 부피가 큰 전자 장치에 의존하는 경우가 많았습니다. Harvard의 접근 방식은 직물 자체가 결국 기술이 될 수 있음을 시사합니다. 이는 미묘한 변화이지만 웨어러블 건강 추적기부터 적응형 가구 및 반응형 인테리어에 이르기까지 모든 것을 재정의할 수 있는 변화입니다.
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