'4D 프린팅'의 마법..시간·환경에 따라 스스로 변신

MIT에서 선보인 자가변환 4D 프린팅 물질

너브스시스템이 4D 프린팅으로 만든 여성 의류.

올해 초 미국의 ‘너브스시스템’은 4D 프린팅을 이용한 여성용 의류를 선보였다. 3D 프린터로 옷을 출력한 뒤 입으면 착용자의 체형에 맞게 의류가 스스로 형태를 바꾼다. 너브스시스템은 이와 비슷하게 출력할 때는 평면이지만 시간이 지나면 입체적으로 모양을 바꾸는 장신구·장식품도 출시했다.

3D 프린팅의 한계를 넘어설 신기술로 '4D 프린팅'이 주목을 받고 있다. 3D라는 공간에 시간이라는 또 하나의 차원을 추가한 개념으로, 3D 프린터로 출력한 물체는 시간, 주변 환경이 변하면 다른 모양으로 변신한다.

2일(현지시간) 기즈모ㆍ데일리메일 등 외신과 ‘KOTRA 실리콘밸리 무역관’ 등에 따르면 4D 프린팅은 2013년 미국 MIT 자가조립연구소 스카일라 티비츠 교수가 ‘4D 프린팅의 출현(The emergence of ‘4D printing)’이라는 제목의 TED 강연을 하면서 세상에 처음 소개했다. 강연 영상에서는 선 형태의 물질을 물에 넣으면 스스로 접히면서 정육면체 형태로 모양을 잡아간다.

4D프린팅이 주목받는 이유는 특정 상황에서 개발자가 설계한 대로 모양을 바꿀 수 있기 때문이다. 이런 특징 덕에 4D 프린팅 기술이 발전하면 건설ㆍ의류ㆍ항공우주ㆍ헬스케어 같은 분야에서 그간 구현이 어려웠던 각종 기술 적용이 가능하고, 제조과정에서의 시간ㆍ비용을 줄일 수 있다는 것이다.

예컨대 현재 3D 프린팅으로 만든 인공장기를 이식하려면 큰 수술이 필요하다. 하지만 4D 프린팅 기술을 활용해 인공장기가 일정 시간이 지난 뒤 커지도록 설계하면, 최소한의 절개로 인공장기를 이식할 수 있다. 상하수도관의 유지ㆍ관리도 쉬워진다. 물의 흐름을 감지해 배관이 막히게 되면 구조물이 스스로 넓어지면서 막힌 구멍을 뚫는다. 더우면 공기가 잘 통하다가 추워지면 섬유 구조가 촘촘해지는 의류, 눈이 오면 자동으로 스노우타이어로 바뀌는 타이어 등도 개발이 가능하다.

특히 4D 프린팅은 3D 프린터만 있으면 설계한 대로 물체를 만들 수 있기 때문에 물체의 원격 전송을 이룰 미래기술로 관심을 받고 있다. 시장조사기관 ‘마켓앤마켓’에 따르면 4D 프린팅 시장은 2019년 6300만 달러에서 2025년 5억5500만 달러로 약 9배 커질 것으로 예상된다.
KOTRA 조태일 매니저는 “군사방위 분야에서는 환경에 따라 색깔ㆍ구조를 바꾸는 군복ㆍ군용차량을 개발 중에 있다”며 “외부 손상이 감지될 경우 자가 수선이 가능한 비행기도 나올 수 있을 것으로 본다”라고 설명했다.

시장조사업체 ‘프로스트 앤 설리반’은 4D 프린팅 기술을 2017년 스마트센서ㆍ인공피부 등에 응용하고, 2019년 인공장기ㆍ우주선ㆍ자동차 부품 등에 활용할 수 있을 것으로 예상했다.
물론 4D 프린팅은 아직 ‘기술 태동단계’(Innovation Trigger, 가트너의 ‘신기술 하이프 사이클 보고서’)다. 성장 잠재력은 있지만 실제로 우리 생활에 혁신을 가져다 줄 지, 아이디어만 있는 신기루에 머무를 지는 좀 더 지켜봐야 한다는 얘기다.

하지만 미국의 MITㆍ하버드대와 실리콘밸리 스타트업들은 관련 핵심 기술과 신소재 개발에 속도를 내고 있다. 경쟁이 없는 '블루오션'인 만큼, 먼저 시장을 선점하면 미래 주력산업으로 키울 수 있다는 판단에서다.

샌프란시스코(미국)=손해용 기자 sohn.yong@joongang.co.kr

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