머신러닝 알고리즘이 3D 프린터 재료를 제어하여 마이크로 입자를 실질적으로 어디든 운반합니다.
기술 대기업 IBM이 4D 프린팅된 스마트 소재를 이용해 미세 입자를 운반하는 기술에 대한 특허를 미국 특허상표청(U.S. Patent and Trademark Office)으로부터 확보했습니다. 특허에 따르면, 해당 스마트 소재는 온도, 빛, 자기장, 전기 전류와 같은 외부 힘에 반응하는 형상 기억 합금 또는 고분자를 활용할 수 있습니다.
이 소재는 변형된 후 원래의 형태로 복귀하는 특성을 가지므로, 연구진은 이를 활용하여 구동력을 유도할 수 있습니다. 이를 통해 기존 전달 방식으로는 운반하기 어렵거나 불가능했던 미세 입자를 운송하는 것이 가능해집니다.
사용자는 우선 배송 경로와 환경 조건을 사전에 설정하고, 전달할 물질의 크기, 모양, 무게, 구성 성분 등의 정보를 기록해야 합니다. 설정 완료 후, 기계 학습 알고리즘이 소재를 구동하는 적절한 자극을 가합니다. 이 자극은 4D 소재의 특정 부분이나 전체를 반응시키는 열 또는 빛일 수 있으며, 이 반응을 통해 작용-반작용의 원리에 따른 움직임이 생성됩니다.
[관련 연구 동향]
- 하버드 연구진, 연성 로봇공학을 위한 새로운 3D 프린팅 방법 개발
- 연구진, 단세포 생물 크기의 로봇 3D 프린팅
- MIT 개발 3D 프린터, 단일 공정으로 완벽히 기능하는 전동 모터 출력 가능
사용자가 초기 경로를 설정한 것 외에도, IBM의 시스템은 4D 프린팅된 스마트 소재가 경로를 이탈하거나 막히는 곳이 없는지 지속적으로 모니터링합니다. 이를 통해 상황을 자율적으로 해결하여 인위적인 개입을 최소화하며 작동을 진행합니다. 목적지에 도달하면 모든 외부 자극이 제거되어 스마트 소재가 페이로드를 안전하게 전달할 수 있습니다.
이 설계는 직경 1~100 마이크론 사이의 미세 입자 전달을 가능하게 합니다. 또한, 다양한 제어 방식을 갖추어 여러 매체를 통과할 수 있다는 장점이 있어 의료 및 산업 분야에 광범위하게 활용될 수 있습니다. 예를 들어, 의사나 의료 기술진은 이 기술을 이용해 혈액이나 위장관과 같은 생체 내 경로를 통해 특정 세포에 약물을 전달할 수 있습니다. 나아가 소형 전자 장치 제조에 응용되거나 새로운 반도체 제조 공정을 도입하는 데도 사용될 수 있습니다.
4D 프린팅은 3D 프린팅 기술을 발전시킨 것으로, 프린팅에 사용된 필라멘트 자체가 외부 자극에 반응하는 특성을 가집니다. 연구진은 이 특성을 활용하여, 마치 단세포 생물이 세포막 내의 화학 반응을 이용해 움직이는 것처럼 원하는 움직임을 생성할 수 있습니다.