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인간의 역사를 같이 하면서 도구 발전의 주요한 시기를 대표하는 중심에는 항상 소재가 있었다. 석기시대 ? 청동기시대 ? 철기시대 등과 같이 인류 발전을 구분 짓는 것에도 소재가 엄연히 이를 대표한다. 자연으로부터 쓸만한 유용한 소재는 다양했으며, 그러한 소재의 특성을 잘 파악하여 사람들은 활용하였다. 금속, 나무, 세라믹, 돌, 흙과 같은 재료는 오랜 시간 동안 우리의 삶을 이끌어 왔다. 화학의 발전으로 폴리머, 혼합물과 같은 혁신적인 소재가 개발되고 발전을 거듭하면서 인간의 일상은 엄청난 변화와 혁신을 겪었다. 플라스틱과 같은 소재의 양산화는 산업 전반적으로 영향을 주었다. 앞으로 또 어떤 소재들이 인류의 역사를 상징적으로 이끌어 갈 책임을 다하게 될까? 그것이 바로 스마트소재(Smart Material)라고 불리어지는 분야이다.
"스마트소재란, 외부 자극(압력, 온도, 수분, pH, 전기 또는 자성 등)에 의해 조절 가능한 정도 내에서 현격한 변화를 가져 오는 한 가지 이상의 특성을 가진 소재"를 말한다. 이미 우리의 실생활에서 신기한 기능과 성능을 자랑하는 제품의 이면에는 스마트소재가 활용된 예가 많다. 여성의 체형을 보정해주는 와이어는 형상기억합금을 아주 가까이 접할 수 있는 사례이며, 메모리폼과 같이 사람이 잠을 잘 때 보다 편안하게 체중이 분산될 수 있도록 도와 주는 소재는 일상에서 흔하게 볼 수 있는 것이다.
스마트소재를 활용한 아이디어로 디자인을 한다면 보다 차별화되고 흥미로운 결과를 만들어 낼 수 있을 것이다.
단결정 금속 합금으로 자기장에서 높은 반동으로 진동하는 반응을 보인다. 이러한 현상을 'Magnetostriction, 자기변형(磁氣變形)'이라고 한다. 이 테르븀-철 합금은 압전 세라믹이 전기와 기계적 변환을 가져오는 것과 비슷하게 자기 에너지를 기계 에너지로 바꾼다. 하지만, 더 좋은 효과를 보이진 못하고 단지 넓은 범위로 진동을 주는 역할을 한다. 솔리드 스피커와 같이 금속 부분이 단단한 물체에 닿으면 그 물체가 소리를 확장하는 앰프의 역할을 하는 것으로 응용되기도 한다. 이 합금은 단결정 합금으로 봉, 실린더, 디스크 형태로 제작되며 액추에이터(actuator)나 음향기기에 활용된다.
햇빛이나 자외선(UV)상태에서 컬러 반응 소재의 분자 구조에 의해 새로운 컬러로 변한다. 그늘에서는 무색이지만 햇빛에 노출되면 밝은 색을 나타내는 잉크이다. 기성품으로는 20가지 색상이 생산되지만 고객의 주문에 의해 맞춤형 색상도 생산이 가능하다. 이러한 컬러변화 기술은 일상생활에서 재미있는 아이디어로 활용할 수 있다. 옵셋 인쇄, 스크린 인쇄 및 철판 인쇄용으로 사용 할 수 있으며 광고 인쇄물, 보안 포장, 안전 우표, 티셔츠에 슬로건이 갑자기 나타나도록 하는 디자인 등에 사용한다.
고밀도 폴리우레탄 폼은 인체의 무게나 온도를 감지하고 정확한 모양과 위치를 잡아 내어 모양을 만들어 반응한다. 게다가 인체의 압박 포인트에서 받는 스트레스를 감소한다. 이러한 독특한 폼은 온도에 따라 반응하며 압축상태에서 원래 모양으로 회복되는 특징을 가지고 있다. 온도 변화가 높게 치솟을 때는 느린 회복력을 보인다. 이것은 압축 '메모리'를 할 때 폼을 만드는 과정에 포함된 것이다. 이러한 점을 감안할 때, 이 메모리 폼은 온도 변화의 기준 이상이 되면 압축에서 재빨리 회복이 되고, 기준 이하의 온도 변화에서는 단단하게 굳어진다. 가구, 매트리스, 베게, 쿠션 등에 사용된다.
산업용 압전(piezoelectric) 평판 변환기(transducer), 이 변환기는 기계적 인장강도와 절연을 제공하기 위해 폴리머에 도포된 얇은 압전 세라믹으로 만들어졌다. 압전 물성으로 인하여 전압을 기계적 에너지로 변환하거나 또는 그 역으로 변환할 수 있으며, 변형(deformation)이 이루어지거나 기록되어야 하는 용도를 위해 사용된다. 이 소재는 (상태 모니터링) 센서 기술 그리고 전기 발생기(환경 발전) 등의 분야에서 정밀도가 높은 actuator로 사용될 수 있다. 제어 회로와 함께 통합되어, 진동 및 소음이 효과적으로 감소되며, contour는 nm범위 이하로 제어될 수 있다. 일반적으로, 납작한 변환기는 하나의 piezoceramic 층으로 구성되어 있다. 하나 이상의 레벨에서 Piezo 효과를 전체적으로 활용하기 위해서 구성요소가 여러 개의 층으로 구성된 변환기가 제공된다(다계층 모듈). 층(layer)이 각각 분리될 때, 하나의 층은 센서로 사용되고 다른 하나는 actuator로 사용된다. 변환기는 손상 허용한계가 높고 견고성이 뛰어나며 곡선 표면에 적용할 수 있다. 필요에 따라, 기존의 구성요소들을 변환기에 장착할 수 있다. 다양한 기능과 디자인의 변환기가 제공된다. 특수하게 맞춤제작 된 소형 모델은 단기간의 연구조사를 위해 경제적으로 사용할 수 있다. 이 제품의 견고성과 소형 구조, 그리고 손쉬운 취급 방법으로 인해 압전 변환기는 특히 산업용에 주로 사용된다.
글 / 디자인맵 편집부 ※ 이글은 특허청 디자인맵(www.designmap.or.kr) 게재된 글을 재구성한것입니다.
해당 정보는 디자인맵 웹진 COMPASS Vol.16의 'D.map Story'에서 살펴보실 수 있습니다. ▶ DESIGN COMPASS Vol.16 다운로드 받기 http://www.designmap.or.kr/ipf/IpWebFrD.jsp?p=19&x=1
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출처: 아이디어로 여는 세상 원문보기 글쓴이: 아여세
