학부뉴스
[12월 연구실 인터뷰] 안성훈 교수님 - 혁신설계 및 통합생산 연구실
작성자
MEch-SSENGER
작성일
2024-01-12
조회
563
안성훈 교수님 : 혁신설계 및 통합생산 연구실
연구실 대표 송영욱 연구원
Q1. 간단한 연구실 소개와 연구 분야 소개 부탁드립니다.
저희 연구실의 공식 명칭은 혁신 설계 및 통합 생산 연구실입니다. 혁신적인 제조공정을 개발하거나 제조공정의 지능화 및 통합화 과정을 통하여 제품 생산성과 품질 등을 향상시키고, 기존에는 없던 새로운 제품을 만들어낸다는 철학을 바탕으로 제조 및 공정, 마이크로-나노 기술, 스마트 팩토리 등 생산 기술과 관련된 다양한 분야의 연구를 수행합니다.
이를 실현하기 위하여 형상기억합금이나 탄소복합재료와 같은 기능성 소재의 특성을 이해하고 역학적 원리를 응용하여 제품을 창의적으로 설계하고 제작하는 방법을 탐구합니다. 또한, 3D 프린팅, 레이저 가공, 반도체 공정 등의 잘 알려진 공정뿐만 아니라 마이크로-나노 단위를 다루는 초정밀 가공과 측정 기술도 연구하고 있으며, 로보틱스, AI, 비전 등의 기술을 활용하여 사람을 대신하거나 사람과 협업 가능한 제조 관련 원리와 장치들을 다루는 연구도 수행합니다. 생산 라인을 실시간으로 모니터링하고 최적의 상태로 운영 및 관리하는 스마트 팩토리 구현을 위한 센서, IoT, 빅데이터 등 전기, 전자, 소프트웨어, 알고리즘 관련 연구도 수행하고 있습니다.
이처럼 저희 연구실에서는 모빌리티, 로봇, 배터리, 반도체 등 산업 전반에 걸쳐 두루 적용될 수 있는 스마트 제조 관련 기술들에 대한 연구를 다루고 있습니다.
Q2. 연구원님의 대표 연구에 대해 간략히 소개 부탁드립니다.
주로 메커니즘 및 액추에이터 설계 관련 연구를 하고 있습니다. 특히 형상기억합금을 활용하여 로봇이나 자동차 등에 적용 가능한 메커니즘을 설계합니다. 형상기억합금은 외력에 의해 형상이 변형된 상태에서 열을 가해주면, 본래의 기억하고 있는 형상으로 복원되는 특성을 가지고 있습니다. 따라서 형상기억합금 와이어 등을 활용하면 고전적인 액추에이터에 비하여 보다 컴팩트한 시스템을 만들 수 있다는 강점이 있습니다. 아직 실제 산업군에서의 적용이 활발하지는 않지만, 그 잠재력과 가능성을 인정받아 다양한 응용 분야에 적용하기 위한 연구가 학계를 중심으로 활발히 이루어져 왔습니다. 또한, 산업계에서도 관심이 점차 높아지고 있는 전망 있는 연구 분야입니다.
최근에 형상기억합금을 이용하여 진행한 연구로는 물체를 잡기 위한 로봇 그리퍼 개발이 있습니다. 형상기억합금 와이어는 1차원의 직선 방향으로 변이가 발생하기 때문에, 직선 변이만으로 그리퍼 핑거가 충분히 움직이도록 메커니즘을 설계하였습니다. 또한, 형상기억합금을 차량 액추에이터에 적용하는 연구도 수행하였습니다.
Q3. 해당 연구를 진행하면서 가장 힘들었던 점과 이를 극복한 방법이 있다면 말씀 부탁드립니다.
형상기억합금에 대한 연구가 다양한 응용 분야에서 활발히 이뤄지고 있지만, 실제 산업에서의 적용이 미비한 이유는 형상기억합금 자체의 변위와 구동 속도의 한계 때문입니다. 기계공학 전공자로서 소재 자체의 고유한 특성에서 기인하는 테두리 안에서 기계적인 방식으로 소재의 한계를 극복해야 했습니다. 이를 위해서 기존에 존재하는 다양한 기구 형태나 메커니즘에 대한 조사와 학습이 필요했고, 이를 소재와 통합하기 위하여 많은 고민을 하였습니다. 아이디어 도출 이후에는 메커니즘이 소재와 맞물려 제대로 동작하는지 확인하기 위하여 3D 프린터를 활용하여 수많은 프로토타입을 만들어서 검증하였습니다. 아이디어 도출과 프로토타입 제작 및 실험 과정을 무수히 반복하면서 결국에는 요구사항을 충족하는 프로토타입을 만들어 냈던 경험이 생각납니다. 끊임없이 고민하고 시도하는 과정만이 문제를 극복하고 목표에 도달할 수 있게 해줄 수 있다는 단순하고 명료한 사실을 되새길 수 있었던 연구 경험이었던 것 같습니다.
Q4. 연구실에서 보유하고 있는 특별한 장치 또는 설비가 있다면 소개 부탁드립니다.
저희 연구실에서는 제품 프로토타입 제작을 위한 장치들과 제작한 프로토타입의 특성을 분석하기 위한 여러 측정 장비들을 보유하고 있습니다.
특별한 장치로는 EHD (Electrohydrodynamic) 프린터가 있습니다. 이 장치는 노즐에서 액체 방울을 분사하는 방식으로 구동되어 잉크젯 프린터와 비슷한 원리로 동작합니다. 그러나 노즐과 기판 사이에 강한 전기장(2kV)을 걸어주어 액체들이 훨씬 더 미세하게 증착된다는 특징을 가지고 있습니다. 잉크젯 프린터 대비하여 EHD 프린터는 약 100분의 1 정도의 해상도를 가집니다. 접착제, 하이드로겔 등 적당한 점도의 액체와 금속 파티클을 EHD 프린터의 잉크로 사용할 수 있습니다. 보통 디스플레이에서 유기소자 박막 증착과 반도체 기판 회로 보수에 사용되며, 저희 연구실에서는 수 마이크로의 미세한 패턴을 만들어서 구조색 센서를 제작하거나 옵틱파이버에 활용 중입니다.
또 다른 특별한 장치로는 가늘게 집속된 이온빔을 주사하여 금속 등의 시료표면을 미세하게 가공할 수 있는 FIB (Focused Ion Beam)라는 장치입니다. 저희 연구실에서는 형상기억합금을 마이크로 단위에서 응용할 수 있는 방안을 모색하고 있으며, 이를 위하여 FIB 장치로 형상기억합금을 미세한 사이즈로 가공합니다.
Q5. 안성훈 교수님 연구실에서 필요한 연구자의 자질과 연구자가 되고자 하는 후배들에게 조언 부탁드립니다.
저희 연구실은 혁신 제조, 제품 공정, 마이크로 나노, 스마트 팩토리 및 로보틱스까지 생산기술과 관련된 다양한 분야를 연구하고 있습니다. 그래서 자신의 주력 분야를 중심에 두고 연관된 새로운 분야로 연구를 확장할 기회가 많습니다. 새로운 관점으로 문제에 접근하면서 연구 영역을 확장하고 다른 분야와 융합을 하는 것을 좋아하는 학생들, 나무를 바라보면서 숲도 함께 바라보고 싶은 학생들에게 저희 연구실은 적합한 연구 환경을 제공해 줄 수 있다고 자부합니다.
개인적으로는 기계공학 전공의 대학원생으로서 자신이 좋아하는 걸 하면서 자신의 기술과 역량으로 세상에 없는 무언가를 만들어내고, 그것이 세상 사람들에게 이로운 영향을 줄 수 있다는 사실은 보람되면서도 흥분되는 일인 것 같습니다. 종종 힘들고 방황하는 순간이 오더라도 스스로가 걸어온 길에 확신을 갖고 앞으로 나아갈 방향을 끊임없이 고민하면서, 마음이 향하는 길로 과감하게 나아간다면, 어느 순간에는 성장해 있고, 발전되어 있는 나를 발견할 수 있을 것입니다. 꿈을 갖고 치열하게 고민하면서 무언가를 시도함과 동시에 그 과정을 기꺼이 즐길 수 있기를 바랍니다.
MEch-SSENGER 김인영
