순천향대, 자연모사 아이디어 공모전 최우수상

- 전자물리학과 4학년 김민지 씨

 

  대학생의 자연에 대한 관심이 연구로 이어져 최우수상의 영광까지 안았다. 순천향대(총장 서교일)는 최근 국립생태원이 자연을 연구하고 모색해 사람을 이롭게 하는 아이디어를 찾자는 취지에서 열린 '자연모사 아이디어 공모전'에서 전자물리학과 4학년에 재학중인 김민지(여, 13학번 /사진)씨가 '딱따구리의 부리는 어떻게 충격을 잘 견딜까?'에 대한 연구결과를 제출해 최우수상을 수상했다고 밝혔다.

 

  김민지 씨는 전자물리학을 전공하면서 기계공학을 복수전공한 가운데 기계공학과 Design lab실 팀원들과 함께 1년 동안 연구하면서 자연을 모사할 수 있는 사례가 무엇이 있는지 탐색하던 중 딱따구리에 대한 호기심에서 시작하게 됐다.

 

  딱따구리는 약 초속 7m/s로 나무를 찧으면서 뇌에 손상을 받지 않는데, 이 이유가 무엇일지 생각해 보던 중 딱따구리의 부리에는 다른 새들의 부리와는 달리 '기포층'이라는 층이 존재한다는 것을 알았다. 이 기포층은 다공률이 35%~60% 정도로 기공이 뚫려 있는 층을 말하는데, 이 기포층의 기공 패턴이 충격을 흡수하는데 어떤 역할을 하는지 알아보기 위해 실험을 진행했다.

 

  딱따구리의 부리와 최대한 비슷한 환경을 만들기 위해 다공률을 50%로 조정하고, 딱따구리의 기포층을 전자 현미경으로 확대한 자료를 근거로 기포층에 분포하는 기공을 5가지 패턴으로 분류하여 모델링 후 제작했다.

 

  5가지 unit-cell으로 유압 실험과, 위치에너지를 이용한 에너지 흡수 실험을 진행하여 각 패턴 별로 충격을 흡수할 수 있는 정도를 측정하고, 이 실험 결과를 뒷받침하기 위해 Ansys프로그램을 통해 구조해석을 진행. 실험 결과와 유한 요소 해석결과 각 unit-cell 별로 충격을 흡수하는 경향이 일치하는 것을 확인해 볼 수 있었다.

 

  연구 결과, 일자 180°의 구조가 가장 효율적으로 충격흡수에 강하다는 것을 알 수 있었고, 딱따구리 기포층의 기공 분포율이 실험 결과와 일치하는 것을 검증 할 수 있었다.

 

  이번 공모전에 대해 김민지 씨는 "실험 조건을 간과해 모든 실험을 처음부터 다시 해야 할 때, 예상치 못한 오차들 때문에 제대로 진행 되지 않을 때는 포기하고 싶었다"며 "그때마다 새로운 해결 방향을 제시해 지도교수님과 함께 힘을 내준 조원들 덕분에 작품을 끝까지 진행 할 수 있었다."고 소감을 말했다. 또 "앞으로도 생태계에 책임감을 가지고 더 많은 자연 모사 기술들이 출현 할 수 있도록 관심과 노력하는 자세를 갖겠다"고 말했다.

 

  이상욱 지도교수는 "연구결과를 통해 딱따구리의 기포 층의 기공을 모사하고, 실생활에 적용 가능하도록 개발한다면 자동차 범퍼 등 기존의 내구성과 강도, 재료 절감을 요하는 모델을 더욱 효율적인 모델로 대체할 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.

 

  한편, 이번 공모전에서는 대상 1인, 최우수상 2인, 우수상 6인, 장려상 9인 등 총 18명의 개인이나 팀이 수상자로 선정됐다.