연구원들이 말 그대로 3D 프린팅을 손바닥 안에 구현하고 있습니다.
3D 프린팅과 실리콘 포토닉스(silicon photonics)가 이번 주 매우 흥미롭게 결합되는 모습을 보여주었습니다. MIT 연구진은 단일 컴퓨터 칩 위에 새로운 3D 프린팅 설계를 구현하는 데 성공하며, 이는 공식적으로 세계 최초의 칩 기반 3D 프린터라 할 수 있습니다. 이 칩은 레진(resin)이 담긴 우물(well) 속으로 빛의 빔을 방출하여 설계물을 제작하며, 궁극적으로는 완전한 볼륨형 3D 프린터 칩으로 발전할 예정입니다.
이 프린터는 움직이는 기계 부품이 전혀 없으며, 나노미터 규모의 안테나 어레이를 이용해 레진의 작은 우물 내부로 빛의 빔을 정밀하게 유도합니다. 제작된 '인쇄물'은 몇 초 만에 완성되며, 이 칩은 글자와 같은 2차원 패턴까지 제작할 수 있습니다. 이 칩 자체는 연구팀이 특수 설계한 맞춤형 실리콘 포토닉스 칩입니다.
연구팀의 선임 저자인 옐레나 노타로스(Jelena Notaros) 교수는 "이 시스템은 3D 프린터의 개념 자체를 근본적으로 재정의하고 있습니다. 더 이상 실험실 작업대에 놓인 거대한 상자 형태가 물체를 만드는 것이 아니라, 손에 쥐고 다닐 수 있는 휴대용 기기로 진화할 것입니다. 이로 인해 나올 수 있는 새로운 응용 분야와 3D 프린팅 분야의 변화에 대해 생각하는 것이 매우 기대됩니다"라고 말했습니다.
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노타로스 그룹은 실리콘 포토닉스와 광화학(photochemistry) 분야의 학제 간 연구팀으로, MIT의 선행 연구 결과와 외부 과학 실험 성과가 결합되어 이루어졌습니다. 이 그룹은 이전 포토닉 칩 제작 노력을 통해 본 프로젝트에서 사용된 것과 동일한 안테나를 활용하여 미국 쿼터(U.S. quarter) 크기에 배치 가능한 포토닉 칩을 개발한 경험이 있습니다. 이들은 전통적인 제작 방식을 사용하여 칩 위에 160나노미터 두께의 광학 안테나들을 구현했으며, 광학 신호의 속도를 변화시켜 안테나 어레이를 통해 빛을 유도합니다.
실리콘 포토닉스는 전자를 이용하는 것이 아니라 빛을 이용해 데이터를 전송하는 컴퓨터 칩과 관련된 신흥 칩 제작 연구 분야입니다. 이 새로운 학문 분야는 태평양 양쪽의 주요 기업과 칩 제조업체들의 큰 관심을 받고 있으며, 미국과 중국이 이 기술의 잠재력을 선점하기 위해 경쟁하고 있습니다. 엔비디아(Nvidia)는 이미 400 Tb/s 상호 연결이 가능한 상용 포토닉스 기반 네트워크 스위치 플랫폼을 보유하고 있으며, AMD는 이를 따라잡기 위해 사설 포토닉스 회사들을 인수하는 데 박차를 가하고 있습니다.
이 독특한 포토닉 칩 설계는 UT 오스틴(UT Austin)에서 개발한 새로운 광경화성 레진(photocurable resins)과 결합되었습니다. 이 레진은 특정 파장의 빛에 노출되면 경화되는 특성이 있습니다. 이 두 기술이 결합되자 기본적인 3D 프린팅 모양과 디자인을 제작하는 것이 가능해졌습니다. 구체적으로, 칩 외부에서 발사된 레이저가 안테나 어레이를 통과하여 광민감성 레진이 담긴 투명 유리 슬라이드 내부로 도달합니다. 이후 안테나가 프로그래밍 가능한 디자인에 따라 레진 내부로 레이저 빛을 유도하여 2차원 물체를 출력하는 것입니다.
프로젝트팀의 다음 목표는 현재의 2D 제작 단계를 넘어선 볼륨형 3D 프린팅을 가능하게 하는 새로운 맞춤형 칩을 설계하는 것입니다. 팀은 "레진 우물 속 가시광선의 홀로그램을 방출하여 단 한 단계로 볼륨형 3D 프린팅을 구현하는 칩"을 목표로 하고 있습니다.
(이후 전문 생략)