'달·화성에 대형 건축물 짓는 방법'… KAIST 논문, 미국기계학회 최우수 논문상

종이접기 패턴으로 유효면적 최대화 폴더블 설계방법론 제시
디스플레이, 우주구조물 등 크기 무관 적용 가능
달·화성 유인탐사용 미터급 전개형 우주방호구조물 개발 중

승인 2024-12-06 15:14:06

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(앞줄 왼쪽부터 반시계방향)KAIST 항공우주공학과 김태현 박사, 한재흥 교수, 이대영 교수, 장건익 박사과정. KAIST

KAIST(총장 이광형) 항공우주공학과 한재흥 교수팀이 미국기계학회(ASME) 기계디자인저널 기계설계분야에서 2023년도 최우수 논문상을 수상했다.

연구팀은 항공우주 등 다양한 기계설계 분야에서 주목받는 폴더블 구조 설계 시 균일 두께 패널을 적용하면서도 구멍이나 빈 공간 없이 펼쳐진 상태의 유효 면적을 최대화할 수 있는 설계방법론을 제시했다.

균일 두께 재료 적용이 가능한 패턴 설계원리 설명도 및 시제품. KAIST

일반적 구조는 재료가 두꺼워지면 간섭이 발생해 접는 각도에 제한이 발생하고, 패턴이 복잡해지면 빈 공간 없이 균일 두께로 폴더블 구조를 설계하는 것이 어렵다.

연구팀은 이를 해결하기 2차원 및 3차원 패턴 설계방법론을 체계적으로 제시했고, 수학적 분석으로 종이접기 패턴의 핵심요소인 ‘D4V 패턴’ 설계방법론을 일반화하고 이를 검증했다.

D4V(Degree-4 Vertices)는 네 개의 접힘선이 하나의 꼭짓점에서 모이는 패턴으로, 다양한 형태의 오리가미 패턴에 적용된다.

우주 방호구조 가상개념도(왼쪽) 제안된 연구기술 기반 우주쉘터의 프로토타입. KAIST

한 교수는 “이번에 제시한 설계방법론은 패널 두께에 제약받지 않으며 다양한 형태의 패턴에 적용할 수 있어 디스플레이 등 소형 구조는 물론 건축물, 우주구조물 등에도 적용 가능하다”며 “이번 연구를 기반으로 달, 화성 유인탐사 때 사람과 장비를 보호하기 위한 미터급 전개형 우주방호구조에 적용, 개발 중이다”고 말했다.

한편, 이번 연구는 KAIST 항공우주공학과 김태현 박사가 주 저자로, 장건익 박사과정과 이대영 교수가 공동저자로 참여했다.
(논문명: A Thickness-Accommodating Method for Void-Free Design in Uniformly Thick Origami)