- 아주대 이황 교수팀, 더우면 저절로 펼쳐지는 생체 모방 건축외피 디자인 개발

고온 건조한 사막에서도 생존하는 금강환 선인장의 기공개폐에서 착안한 건물 외피 디자인 개념도. 4D프린팅 가능한 형상기억재료를 합성하여 더울 때 닫히고 시원할 때 열리는 자동으로 움직이는 건물외피 아이디어를 보여준다.[아주대학교 제공]
고온 건조한 사막에서도 생존하는 금강환 선인장의 기공개폐에서 착안한 건물 외피 디자인 개념도. 4D프린팅 가능한 형상기억재료를 합성하여 더울 때 닫히고 시원할 때 열리는 자동으로 움직이는 건물외피 아이디어를 보여준다.[아주대학교 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 대표적 열대식물인 선인장은 기공을 열고 닫으면서 가혹한 사막에서 살아간다. 국내 연구진이 이 같은 선인장의 특성을 모사해 기온에 따라 창호나 외벽 등이 스스로 열리고 닫히는 움직이는 건물을 구현할 디자인을 설계했다.

한국연구재단은 아주대학교 이황 교수 연구팀이 스마트 소재의 4D 프린팅을 통해 기온변화에 감응해 자동으로 움직이는 건축외피(차양) 모듈을 개발했다고 29일 밝혔다.

특징적 소재를 활용한 4D 프린팅 디자인으로 실내 냉방부하를 줄일 수 있는 방법을 제안한 것으로 연구팀은 도로차폐벽이나 태양광 패널 등에도 응용될 수 있을 것으로 기대하고 있다.

4D 프린팅이란 3D프린팅에 시간차원을 추가한 개념으로, 시간에 따라 변형이 가능한 소재를 프린팅하는 기술을 말한다.

건물의 냉난방 등에 사용되는 에너지는 비산업부문 중 가장 큰 비중을 차지한다. 외부 창호 등을 통한 일사 부하를 해결하기 위해 건물의 외장 입면이 필요에 따라 자동으로 열리고 닫히는 외장 시스템이 필요하다.

연구팀은 가혹한 사막에서도 잘 자라는 선인장류의 기공 개폐 방식에 착안, 개발된 합성 모듈이 고온에서는 부드럽게 펼쳐져 열과 햇빛을 차단하고, 쾌적 온도에서는 자동으로 다시 열려 바람과 빛을 받아들이는 방식으로 실내 환경을 조절하도록 했다.

기존에도 기온에 따라 형상이 변하는 스마트 소재를 이용한 시도가 있었지만 다시 원래 모습으로 돌아오는 변형회복력이 낮았다.

연구팀은 변형력(최대 6% 이내)은 낮지만 복원력이 높은 니켈-티타늄 합금 와이어와 복원력은 낮지만 변형이 자유로운(최대 800%) 형상기억 고분자를 조합함으로써 변형률을 20% 수준으로 향상시키고, 외력 없이 스스로 회복과 변형을 반복하는 합성물을 만드는데 성공했다.

이황 아주대학교 건축학과 교수.[아주대학교 제공]
이황 아주대학교 건축학과 교수.[아주대학교 제공]

4D 프린팅을 이용한 외장재료의 변화를 제안, 제작의 복잡성을 크게 낮추고, 다양한 형태의 움직이는 외장 모듈을 저비용으로 제작하는 데 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

과학기술정보통신부와 한국연구재단의 지원으로 수행된 이번 연구결과는 건축·건설 분야 국제학술지 ‘저널 오브 빌딩 엔지니어링’ 8월 8일 게재됐다.


nbgkoo@heraldcorp.com