이화여대, 진동 잡다 약해지던 소재를 AI로 강도 19배 높였다
[파이낸셜뉴스] 인공지능(AI)을 활용해 진동은 효과적으로 막아내면서도 물체의 튼튼한 정도인 강도는 대폭 높인 신개념 메타물질이 개발됐다.
이화여자대학교 휴먼기계바이오공학부 이상륜 교수팀은 한국표준과학연구원(KRISS)과의 공동연구를 통해 넓은 주파수 대역의 진동을 차단하는 동시에 무게를 견디는 힘을 획기적으로 개선한 경량 탄성 메타물질을 개발했다고 28일 밝혔다.
진동은 항공우주, 자동차, 정밀기계 등의 분야에서 부품의 피로 손상을 유발하고 장비 성능을 떨어뜨리는 주요 원인이다. 이를 막기 위해 진동 전달을 억제하는 특수 인공 구조체가 활용되어 왔으나, 기존 기술은 진동을 잘 막기 위해 구조를 가늘게 만들거나 별도의 무게추를 덧붙여야 했다. 이 과정에서 구조 자체가 약해져 실제 산업 현장에 적용하기에는 한계가 있었다.
연구팀은 머신러닝 기반의 AI 최적화 기법을 적용해 이 같은 한계를 극복했다. 별도의 무게추를 추가하지 않고 구조 내부의 두께가 부드럽게 변화하는 형상 자체를 설계해 진동 차단 성능과 구조적 강성을 동시에 확보했다.
3D 프린팅으로 제작한 실제 구조물로 실험한 결과, 연구팀이 개발한 메타물질은 기존 구조보다 2배 이상 넓은 주파수 범위에서 진동을 차단했다. 이와 동시에 하중을 견디는 강도는 기존 대비 최대 18.9배나 높아진 것으로 나타났다.
이상륜 이화여대 교수는 "이번 연구는 AI 기반 형상 최적화를 통해 진동 차단 성능과 구조적 안정성을 함께 끌어올릴 수 있음을 입증한 성과"라며, "향후 항공우주와 자동차, 정밀기계 등 경량화와 진동 제어가 동시에 요구되는 다양한 산업 현장에 활발히 적용될 수 있을 것으로 기대한다"고 밝혔다.
이번 연구 성과는 기계공학 분야 국제 학술지 '박판 구조물(Thin-Walled Structures)' 온라인판에 최근 게재됐다.
[email protected] 김만기 기자
