스프링의 방향을 바꾸면 당기는 힘이 달라진다
일반스프링과 개발스프링를 비교하는 장면
지광구 박사 인물사진
일반 용수철의 경우, 용수철의 양쪽을 잡아당겨 늘어나는 거리인 변위에 따라 당기는 힘이 정비례한다(그래프 a). 따라서 변위가 크면 강한 수축력이 작용되나 변위가 적어지면 수축하려는 힘도 급속히 약화된다. 그러나 새로 개발된 용수철의 경우 변위의 크기에 거의 영향을 받지 않고, 용수철이 완전히 수축된 상태에서도 상당한 힘을 발휘한다(그래프 b). 이와 같이 완전히 수축된 상태에서도 작용하는 힘을 초장력이라고 한다. 초장력이 큰 용수철은 교정용, 수술용 기구나 공업용 부품 등 다양한 분야에 응용이 가능하다.
치열교정기에 사용되는 스프링은 처음에는 강한 힘으로 치아를 당겨주지만 일정시간이 지나 치아가 조금 움직이게 되면 당기는 힘이 약해져 주기적으로 조여 줘야만 하는 큰 불편이 있었다. 이 기술을 적용하면 치아의 움직임에 상관없이 용수철이 완전히 수축할 때까지 거의 일정한 힘으로 당겨주기 때문에 환자의 불편과 고통을 줄이고 치료기간을 크게 단축할 수 있다. 턱뼈, 척추 등의 교정기에도 적용이 가능해 지 박사는 현재 국내 대학병원과 의료기기 적용방안을 연구 중이다.
생산용 로봇 팔은 제품에 가해지는 힘이 용수철의 변위에 의존하므로 제품에 따라 불균일한 경우가 많다. 본 기술을 응용하면 변위에 의존하지 않으므로 항상 일정한 힘이 가해져 균일한 제품의 생산이 가능하다.
공업용 부품의 소형화도 가능해진다. 예를 들어 5N에서 6N으로 변할 때 10mm의 길이가 변하는 용수철이 필요하다고 하자. 기존의 용수철은 60mm까지 늘어나는 용수철이 필요하다(그림c). 반면 본 기술이 적용된 용수철을 이용하면 10mm만 늘어나는 용수철을 이용해도 되므로 필요한 용수철의 길이가 획기적으로 짧아진다(그림d). 즉, 길이 100mm 정도의 부품이 60mm이하로 줄어든다. 자동차나 비행기 등 운송기기에 적용하면 막대한 효과를 볼 수 있다. 부품들이 차지하는 공간이 줄면 에너지 절감은 물론 효율적인 공간이용도 가능해지기 때문이다. 아파트의 온수공급장치에 이 방법을 적용하면, 온도에 따른 반응성이 빠르고 장력이 좋아 온수의 온도를 일정하게 유지할 수 있다.
지 박사는 향후 (주)유원컴텍과 응용연구를 진행하여 의료용, 공업용 및 의류 신변용품 등으로 제품개발을 확대해 나갈 예정이다.
한국과학기술연구원 개요
한국과학기술연구원(KIST)은 지난 1966년 우리나라 최초의 종합연구기관으로 설립되었다.
웹사이트: http://www.kist.re.kr
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KIST 기능금속연구센터 지광구 박사 02-958-5445
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2013년 5월 10일 09:12