▲ 이미지 : 미국 노스캐롤라이나 주립대학 ⓒ 뉴스타운

최근 사이언스 데일리(Science Daily)신문은 ‘빛의 마술적 기능’에 대해 소개를 해 관심을 끈다.

미국 노스캐롤라이나 주립대 연구원들은 간단히 빛을 쬐는 방법으로 2차원 패턴을 3차원 물체로 변환시키는 방법을 개발했다는 것.

마이클 디키 NC(노스캐롤라이나) 대학 화학 및 생체분자공학과 조교수는 “이 같은 방법은 전혀 새로운 것으로 신속하게 대량으로 생산 또는 포장 작업에 응용할 수 있다.”고 말했다.

과정은 매우 간단한데, 압축시킨 플라스틱 시트(plastic sheet)에 보통 사용하는 잉크젯 프린터로 접는 선에 검은색 라인을 입히는 것이다. 다음으로 원하는 패턴으로 잘라낸 2차원 형태의 시트에 백열등 같은 것으로 적외선을 쬐면 된다. 그러면 검은색 선들은 열을 더 많이 받아들여 플라스틱이 수축되므로 일종의 경첩(hinge)같이 된다. 따라서 3차원 모양이 나타나게 되는 것이다.

이 기술을 응용하면 손대지 않고도 입방체나 피라미드 등의 입체를 만들 수 있고, 더구나 보통의 상용 프린팅 기술인 스크린 프린팅, 롤 프린팅, 그리고 잉크젯 프린팅에 사용될 수 있으니 저가로 대량 산출이 가능해진다. 검은 선의 두께를 달리하면 접히는 정도를 조절할 수 있는데, 가령 입방체는 90도, 피라미드의 경우는 120도까지 가능하며, 선 두께가 커지면 열 흡수 면적이 넓어지는 셈이므로 접히는 속도 또한 빨라진다.

또한 양면으로 패턴을 입힐 수도 있어서 접히는 방향이 달라질 수도 있다. 이 경우 훨씬 복잡한 구조를 만들 수 있게 된다.

연구원들은 이 과정을 설명할 컴퓨터 모델을 개발했는데, 두 가지 사실을 알아내었다. 첫째, 접히는 선의 표면 온도가 유리전이(glass transition) 온도(플라스틱 같은 물질이 부드러워지기 시작하는 온도)보다 높아야 한다는 것이다. 둘째, 흡수되는 열이 (검은 선 부위로) 국소화돼야 빠르고 효율적이라는 점이다. 즉, 물질 전체가 유리전이 온도로 가열되면 접힘 현상이 일어나지 않게 된다.

디키 조교수는 “이것은 형상기억 폴리머(고분자화합물) 연구에서 비롯됐는데, 부분적으로는 호기심에서 때문이었으나 결과적으로 믿을 수 없을 정도로 잘 된다.”고 설명을 곁들였다.

논문 제목은 "Self-folding of polymer sheets using local light absorption"으로 11월 10일 '소프트 매터(Soft Matter)라는 저널에 실렸으며 디키와 다른 3명이 공동저자이고, 미 에너지성이 후원을 했다.