[대한민국 희망 프로젝트]<488>4D프린팅

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MIT에서 4d프린팅으로 만든 자가조립나무.
<MIT에서 4d프린팅으로 만든 자가조립나무.>

레고처럼 생긴 블럭들이 스스로 조립해 집이 됩니다. 입고 있던 점퍼에 빗물이 닿으면 직물과 직물 사이 구멍이 메워져 빗물을 튕겨냅니다. 신발을 신으면 내 발에 꼭 맞도록 조여집니다. 몸속에 넣은 작은 물질이 적절한 온도와 습도를 만나 인공장기로 변합니다. 영화나 상상 속 얘기가 아닙니다. 4D프린팅 기술로 머지않아 현실이 될 세상입니다.

구글 트렌드에 등장한 `4D프린팅`.
<구글 트렌드에 등장한 `4D프린팅`.>

Q:4D프린팅이 무엇인가요.

A:3D프린팅도 어려운데 4D프린팅이 등장했습니다. 구글 트렌드에 따르면 4D프린팅은 2012년 3분기부터 등장하기 시작했습니다. 유명세를 떨치기 시작한 건 2013년 4월 `4D프린팅 출현(The emergence of 4D printing)`이라는 제목을 가진 TED 동영상이 인기를 얻으면서죠. 스카일러 티비츠 매사추세츠공과대학(MIT) 교수 강연입니다. 4D프린팅은 간단히 시간이나 주변 환경에 따라 형태를 바꾸는 물건을 제작하는 기술입니다. 3D프린팅이 원하는 모형을 그대로 찍어내는 기술이라면 4D프린팅은 원하는 모형을 스스로 갖추도록 밑그림을 그리는 것이라고 볼 수 있습니다. 미국 MIT 자가조립연구소가 4D프린팅으로 만든 신발을 지난해 말 처음 공개했습니다. 티비츠(tibbits)라는 물질로 만든 이 신발은 원래 평면 형태지만 스스로 신발 모양을 갖춰갑니다.

한 여성이 너브스 시스템이 4D프린팅으로 만들어낸 드레스를 입고 있다.
<한 여성이 너브스 시스템이 4D프린팅으로 만들어낸 드레스를 입고 있다.>

Q:4D프린팅이 왜 중요한가요.

A:시장조사업체 마켓앤드마켓에 따르면 4D프린팅 시장은 2019년 6300만달러에서 2025년에는 5억5560만달러로 늘어날 전망입니다. 한국과학기술정보연구원(KISTI)은 2014년에 `10대 유망기술` 중 하나로 4D프린팅을 선정했습니다. 창의적 융합사회를 구현할 핵심 기술이라는 게 KISTI 측 설명입니다. 한국과학기술정보원은 4D프린팅이 노동집약적인 산업에 막대한 영향을 미칠 것으로 예상했습니다. 스스로 조립하고 변하는 스마트 소재 제품 생산이 가능해지기 때문이죠. 특히 우주와 같은 새롭고 극한 환경에서 더욱 유용할 것으로 기대됩니다. 의학 분야에서도 4D프린팅이 주목받고 있습니다. 4D프린팅을 활용하면 몸에 특정 물체를 삽입할 때 해당 부위를 절개하지 않아도 되는 장점이 있기 때문이다. 인공조직을 일정 시간이 지난 뒤 커지도록 설계하고 작게 인쇄해 삽입하는 방식이죠. 3D프린터로 인공뼈를 직접 제작하기보다 4D프린팅을 활용해 원하는 부위에 접합하면 편리합니다.

Q:4D프린팅 핵심은 무엇인가요.

A:4D프린팅 핵심은 소재와 설계입니다. 3D프린팅 기술은 기본이죠. 2004년 미국 국방과학연구소(DARPA)가 4D프린팅 관련 기술인 프로그래밍 가능 물질(programmable matter) 개발에 나선 것도 같은 이유입니다. 4D프린팅에 있어 형상기억합금이나 형상기억폴리머섬유 등 부품·소재 기술 융합이 필요한 이유기도 합니다. 이에 4D프린팅은 한동안 소재 개발에 초점을 두고 연구개발이 이뤄질 것으로 예상됩니다. 단순히 플라스틱 수지로 기존 3D프린터를 활용하려는 것을 넘어 금속이나 유리, 목재 등 다양한 재료를 이용하는 방식이죠. 3D프린팅은 단순히 출력한 결과물 값만 설정하면 되지만 4D프린팅은 완성물을 기반으로 밑그림을 유추해야 하는 게 어렵습니다. 환경 변화에 따른 소재의 변화 정도 등을 정확히 예상하는 게 관건이죠. 설계 기술이 뒷받침돼야 합니다.

Q:우리나라는 개발하고 있나요.

A:현재 4D프린팅 연구가 가장 활발한 곳은 미국입니다. 각 대학과 연구소를 중심으로 4D프린팅 소재와 활용방안 등을 연구 중이죠. 우주항공과 국방 분야에 접목하기 위한 연구 비중이 아무래도 높습니다. 우리나라는 4D프린팅 개념이 본격적으로 알려지기 시작한 2013년부터 대응에 나섰습니다. 한국과학기술연구원(KIST)과 광주과학기술원(GIST)이 이듬해부터 연구를 시작했습니다. 정부도 3D프린팅에서 한 단계 진화한 4D프린팅을 육성하겠다는 계획을 세웠죠. 미래창조과학부와 정보통신기술진흥센터가 추진하는 `4D프린팅 시뮬레이터 기술개발` 사업입니다. GIST `4D프린팅 사업단`이 맡고 있습니다. 시뮬레이터는 3D프린터로 출력한 결과물이 제대로 변하도록 예측하는 것입니다.

주최:전자신문

후원:교육부·한국교육학술정보원

유창선 성장기업부(구로/성수/인천) 기자 yuda@etnews.com

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