오시텍 재료는 다양한 활용 사례를 가지고 있습니다. 고급 알고리즘이 이제 이를 더 쉽게 만들고 있습니다

오시텍 재료는 축 방향 압축과 인장에 각각 노출될 때 횡방향으로 수축하고 팽창합니다. 이들은 일반적인 탄성 재료와는 직관에 반하는 방식으로 반응하여 음의 포아송 비율을 나타냅니다. 이 비율은 가해진 힘에 수직인 방향의 변형을 측정합니다. 일반적인 탄성 재료와 달리, 오시텍 재료는 압축될 때 가해진 힘에 수직인 방향으로 얇아집니다. 

이러한 재료는 지난 수십 년 동안 파단 인성, 높은 압입/충격 저항성, 전단 탄성계수, 우수한 에너지 흡수, 신클라스틱 변형 및 높은 횡방향 변형률과 같은 유용한 특성으로 인해 인기를 얻었습니다. 또한 높은 충격 저항 특성과 뛰어난 표면 등방성을 가지고 있습니다. 

이 모든 특성은 오시텍 재료의 활용성을 풍부하게 하여 광범위한 사용이 가능하도록 합니다. 다음 섹션에서는 의료 과학 및 헬스케어, 차량 공학, 보호 공학, 의류 등 분야에서의 활용 사례를 살펴보겠습니다. 

헬스케어 및 의료 과학 분야의 오시텍 재료

고밀도 오시텍 폴리에틸렌 은 척추 수술용 인공 추간판을 개발하는 데 사용됩니다. 이 추간판은 굽히고 비틀 수 있으며 잠재적으로 기존의 추간판 교체 솔루션에 비해 향상된 생체역학적 성능을 제공할 수 있습니다. 그들의 오시텍 특성은 주변 신경 종말을 손상시킬 수 있는 팽창을 방지하여, 추간판이 자연스러운 요추 추간판의 동작을 완벽히 모방하도록 합니다.

오시텍 추골 나사도 제안되어 주로 척추를 위한 주변 골조와 나사 사이의 생체역학적 상호작용을 개선합니다. 

연구를 통해 과학자들은 316L 의료용 스테인리스강을 기반으로 한 오시텍 기하학적 관상동맥 스텐트를 개발했습니다. 이 스텐트는 방사형 및 종축 방향 모두에서 확장될 수 있으며 특정 직경과 혈관 길이에 맞게 최적화되어 일정한 내강 부피를 생성함으로써 혈관벽에 대한 스텐트의 부정적인 영향을 최소화합니다.

오시텍 재료는 또한 고관절 임플란트 스템, 장골 고정, 심장 패치, 비인두 면봉, 정형외과 깔창 등 다양한 의료 응용 분야에서도 유용함이 입증되었습니다. 이들은 조직 공학 및 인‑비트로 의료 기기를 위한 구조와 막 제작에도 가치가 있습니다.  

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차량 공학 분야의 오시텍 재료

최근 연구에 따르면 오시텍 재료와 구조는 기존의 얇은 벽 튜브 범퍼 및 에너지 흡수 박스의 에너지 흡수 특성을 향상시키는 우수한 설계 방법을 제공할 수 있습니다.

이러한 구조는 중간 속도 충돌 시 더 큰 강성, 에너지 흡수 이점 및 승객의 충돌 에너지 흡수와 가감속 과정에 대한 더 긴 완충 시간을 제공합니다. 또한 에너지 흡수 용량, 에너지 흡수 효율 및 기타 성능 지표에서도 높은 점수를 받습니다.

이 분야의 연구자 중 한 명은 다목적 알고리즘으로 최적화된 오시텍 샌드위치 빔 구조와 에너지 흡수 블록 조합을 포함하는 범퍼를 제안했으며, 이는 차량의 전면 충돌 안전성을 향상시켰습니다. 

보호 공학 분야의 오시텍 재료

보호 공학에서 오시텍 구조의 사용은 높은 에너지 흡수, 향상된 압입 압축 강도 및 강화된 전단 강도 특성에서 비롯되었습니다.

연구를 통해 강화 콘크리트 구조를 심각한 충격 및 근접 폭발 하중으로부터 보호할 수 있는 오시텍 벌집 샌드위치 패널 구조가 발견되었습니다.

또한, 오시텍 효과를 가진 원통형 샌드위치 패널은 더 강한 폭발 저항 특성을 가지고 있어, 견고한 항공기 외피, 우주선, 잠수함 선체, 연료 탱크, 석탄 광산 대피소 및 기타 곡면 구조를 효율적으로 설계하는 데 활용될 수 있습니다. 

의류 공학 분야의 오시텍 재료

하중이 가해질 때 오시텍 재료의 횡방향 팽창 특성은 굽힘 중 이중 곡률을 형성하는 데 도움을 줍니다. 이 특성 덕분에 이러한 재료로 만든 의류는 움직임에 따라 인간 몸의 변화하는 윤곽에 적응할 수 있습니다. 연구에 따르면 오시텍 패브릭 임산부복은 기존 제품에 비해 스트레스 집중도가 낮으며 착용감도 편안합니다. 

이처럼 다양한 적용 가능성으로 인해 오시텍 재료에 대한 수요가 급증하고 있습니다. 증가하는 수요를 충족하기 위해 연구자들은 주문형 오시텍 재료 설계를 위한 3단계 레시피를 개발했습니다. 

주문형 오시텍 재료 제작을 위한 3단계 절차

국립표준기술연구소(NIST)와 시카고 대학교의 연구원들은 오시텍 제품의 시장 도입을 가속화하기 위해 협력하고 있습니다. 

보다 정확히 말하면, 이 연구원들은 오시텍의 정밀 3차원 설계를 지원하는 알고리즘 도구를 개발했습니다. 연구 논문의 공동 저자인 NIST의 재료 연구 엔지니어 Edwin Chan은 다음과 같이 말했습니다:

“우리는 원하는 특정 기계적 특성과 거동을 갖도록 재료를 실제로 최적화할 수 있습니다.”

연구원들은 전 세계에 이차원 완벽 오시텍을 설명하는 통합 프레임워크를 제시했습니다. 이 발표는 완벽 오시텍 한계를 이해하고 제어함으로써 포아송 비율이 음수인 맞춤형 기하 구조를 가진 현실적인 오시텍을 합리적으로 설계할 수 있다는 더 큰 인식의 결과물입니다.

그들의 연구가 갖는 더 큰 의미를 설명하면서, 연구원들은 다음과 같이 말했습니다:

“우리 이론은 기존의 오시텍 강체 단위 시스템을 포괄하는 광범위한 기존 오시텍을 통합할 뿐만 아니라, 새로운 다양하고 다채로운 기하학을 가진 오시텍을 생성할 수 있게 하며, 다소 찾기 어려운 등방성 오시텍 재료까지 포함합니다.”

연구원들은 완벽 오시텍의 거동을 이해하고자 최소 2차원 회전 단위 모델을 사용했습니다. 이 단위들은 영자연 길이의 스프링으로 연결된 다각형 시리즈로 구성되었습니다. 각 강체 단위는 두 개의 병진 자유도와 하나의 회전 자유도를 가집니다. 이 모델은 오시텍 플로키 모드의 출현을 확인하고 비이상적인 시나리오도 연구할 수 있도록 재료에 탄성을 도입했습니다. 비이상적인 상황도 연구될 수 있었습니다. 

과학적 조사 결과는 완벽 오시텍을 구축하는 레시피 형태로 제시되었습니다. 여기에는 세 가지 요소가 필요합니다:

• 양측 네트워크가 서로에 대해 반대 회전을 할 수 있게 합니다.
• 초기 및 정지 상태에서, 인접한 각 다각형의 위치 벡터와 그 사이의 꼭짓점이 공선이어야 합니다.
• 다각형의 한 꼭짓점까지의 거리와 이웃 다각형이 같은 꼭짓점까지의 거리 비율은 네트워크 내에서 일정해야 합니다.

연구원들은 그들의 이론이 격자에만 국한되지 않고 무질서한 네트워크에도 직접 적용될 수 있다는 점에서 독창성을 강조합니다. 이는 최초의 등방성 완벽 오시텍 재료를 구축할 수 있게 합니다. 또한 이 이론은 3차원 다면체 재료로 확장될 수 있습니다.

이 연구는 획기적이지만, 오시텍 재료에 대한 연구는 이미 오랜 기간 진행되어 왔습니다. 다음 섹션에서는 이 분야에서 혁신적인 작업을 수행하고 있는 기업들을 살펴보겠습니다.

#1. Nike

오시텍 구조 분야에서 정교한 작업을 수행한 선도 브랜드 중 하나가 Nike입니다. Nike의 특허 번호 US9402439B2는 오시텍 구조를 활용한 밑창 제작을 다룹니다. 

일반적으로 신발은 최소 두 개의 주요 구성 요소를 포함합니다:

• 착용자의 발을 받는 외피
• 외피에 부착되어 지면이나 경기면과 직접 접촉하는 밑창

밑창은 내부 밑창, 중간 밑창, 외부 밑창의 세 부분으로 나뉩니다. Nike가 특허받은 신발에서는 최소 한 층의 밑창 이 오시텍 구조로 만들어집니다. 이를 오시텍 층이라고 합니다. 

이 신발로 달리기, 회전, 점프, 가속을 하면 오시텍 층에 종축 또는 횡축 인장이 증가하여 길이와 폭이 늘어나며, 그 결과 접지면에 대한 접지력이 향상되고 충격이 일부 흡수됩니다.

Nike는 이러한 신발이 테니스 및 기타 라켓 스포츠, 걷기, 조깅, 달리기, 하이킹, 핸드볼, 트레이닝, 트레드밀 위에서의 달리기·걷기, 농구, 배구, 라크로스, 필드 하키, 축구 등 다양한 스포츠 및 레크리에이션 활동에 유익할 수 있다고 믿습니다.

2023 회계연도 전체 매출은 Nike가 512억 달러를 기록했으며, 전년 대비 10% 증가하고 통화 중립 기준으로는 16% 증가했습니다. 

#2. Airbus

Airbus Defence and Space는 변형 가능한 오시텍 구조와 제조 공정에 대한 특허를 받았습니다. 이 발명은 항공기 동체와 시스템에서 고에너지 충격에 대한 경량 보호를 제공하기 위해, 패널 표면을 형성하는 두 방향에서 이차원 오시텍 거동을 활용하는 단일 통합 샌드위치 패널을 목표로 합니다. 

Airbus는 이러한 보호가 오픈 로터 또는 경계층 흡입 구조와 같은 고도로 통합된 후방 엔진 구동 항공기 구성에서 크게 유용할 것이라고 제안합니다. 이러한 구성에서는 프로펠러 블레이드 방출(PBR) 및 엔진 파편(제어되지 않은 엔진 회전 고장 소형 파편 및 제3 디스크)으로 인한 동체 고에너지 충격에 대한 안전 문제 때문에 보호 장치(실드)가 필요합니다.

이 구조는 다수의 상호 연결된 3차원 오시텍 셀로 구성된 오시텍 배열을 특징으로 합니다. 이 설계는 표면 요소가 평면이든 곡면이든, 혹은 서로 다른 평면들의 조합이든 관계없이 각 평면에서 오시텍 거동을 달성하도록 보장합니다. 또한 충격 주 방향에 수직인 하나 이상의 차원에서 오시텍 거동을 나타냅니다.

2023년, Airbus는 650억 유로 이상의 매출을 기록했으며, 이는 2022년 588억 유로 대비 크게 증가한 수치입니다. 

오시텍 재료 제작: 미래는 어떻게 보일까

우리 논의를 시작하게 된 연구는 많은 돌파구를 제공했습니다. 이는 회전 단위 오시텍을 만들고 설계하며 특성화하기 위한 간단한 모델을 제공할 수 있었습니다. 이론을 검증한 모델은 굽힘력을 무시하면서 재료 특성을 테스트하기 위한 직관적인 시뮬레이션에 유용했으며, 필요 시 굽힘을 수용하도록 설계될 수 있었습니다. 이 작업은 이전에 본 적 없는 등방성 완벽 오시텍을 만들기 위한 기본 규칙을 확립하는 데 이바지했습니다. 단지 더 많은 동적 및 진동 분석 연구가 필요했습니다.

연구와 탐구는 과학 및 기술에서 끝이 없는 과정이지만, 특히 하중을 지지하는 응용 분야에서 오시텍 재료를 보강재로 활용하는 가능성에 대한 추가 조사가 필요합니다. 오시텍 특성에서 파생되는 이점을 발휘하려면 과도한 변형이 필요합니다. 이러한 변형은 정적 하중에서 구조 요소에 지정된 사용성 한계를 초과할 수 있습니다. 따라서 연구자들은 강도와 강성을 모두 만족시키는 맞춤형 설계가 필요하다고 지적했습니다. 

생물의료 분야에서는 3차원 오시텍이 필요하며, 이는 적층 제조 공정을 통해서만 달성될 수 있습니다. 이러한 공정은 의료 기기의 장기 성능을 보장하도록 향상되어야 합니다. 고급 알고리즘 기반 프로세스는 이러한 경우에 유용할 수 있는데, 대부분의 적층 기술은 층별 공정으로 인해 본질적으로 이방성 결과를 초래하여 솔루션의 기계적 성능에 영향을 미칠 수 있기 때문입니다. 

이러한 과제가 남아 있는 동안, 연구자들은 향후 트렌드가 성공적으로 확대된다면 오시텍의 채택이 더욱 활발해질 것이라고 기대합니다. 이러한 트렌드에는 4D 프린팅과 오시텍 기하학 간의 시너지 창출, 형상 기억 재료 및 메커니즘 제조 등이 포함됩니다.

오시텍은 또한 바이오하이브리드 재료에서 사용이 증가할 수 있는데, 여기서 세포가 식민된 오시텍 스캐폴드는 보다 자율적인 액추에이터를 만들 수 있습니다. 연구자들에 따르면 이러한 재료는 현재 사용 가능한 “스마트”, 활성 또는 다기능 재료와 구조를 능가할 수 있다고 합니다.

바이오하이브리드 활용의 주요 예는 오시텍 섀시와 메커니즘을 갖춘 마이크로봇 형태이며, 살아있는 세포에 의해 작동됩니다. 특히 전기 자극으로 활성화된 심근세포나 근골격계 세포는 미래에 외과용 액추에이터로 사용될 수 있습니다.

전반적으로 오시텍은 우리에게 무한한 기회의 광산을 제시합니다. 필요한 것은 더 많은 연구와 자원이며, 이를 통해 매우 오랜 기간 지속 가능한 실현 가능한 솔루션을 제공할 수 있습니다.

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