UNIST, 디지털 트윈도 구현해 금속 내·외부 응력 변화 실시간 확인
울산과학기술원(UNIST)은 나사 풀림 위험을 감지하거나 내·외부 물리적 변형 요인을 구분할 수 있는 지능형 금속 부품을 개발했다고 26일 밝혔다.
UNIST에 따르면 기계공학과 정임두 교수 연구팀은 3D 프린팅 적층제조기술과 인공지능(AI) 기술을 이용해 '인지 가능한 스테인리스 금속 부품'을 개발하는 데 성공했다.
또 인공지능 기술과 증강현실(VR) 융합기술로 금속 부품 단위의 디지털 트윈(Digital Twin)을 구현했다. 디지털 트윈은 현실의 사물을 가상 공간에 똑같이 구현하는 것을 말한다.
연구팀은 스테인리스 금속 부품 제조 과정에서 변형 센서를 심어 물리적인 상태를 반영하는 데이터를 얻은 뒤, 인공지능 분석을 통해 금속 부품 스스로 상태를 감지하도록 했다.
이 부품은 스스로 주변 고정 나사의 풀림 정도와 풀린 나사 위치 등을 약 90%의 정확도로 감지할 수 있으며, 손, 망치, 스패너 등 자신을 때린 물건의 종류까지 구분할 수 있다.
이와 함께 디지털 트윈 금속 부품을 통해 혼합현실에서 해당 금속 내·외부 응력 분포 변화도 실시간을 확인할 수 있게 했다.
섭씨 1천도 이상의 고온 공정인 금속 성형에서는 내부에 센서를 삽입하는 기술이 까다로운데, 연구팀은 독자적으로 보유한 '금속 성형 센서 삽입 기술'을 활용했다.
이 기술은 분말 재료 위에 고온의 레이저를 조사해 선택적으로 결합하는 금속 3D 프린팅 방식인 'L-PBF'(Laser powder bed fusion)를 이용해 열에 쉽게 파손되는 센서를 안전하게 설계 위치에 삽입하는 것이다.
연구팀은 센서 삽입으로 금속 부품의 기계적인 특성이 저하되지 않도록 삽입 위치를 설계하고, 삽입 후에는 기계 분석과 미세조직 분석을 통해 안전성을 검증했다.
정임두 교수는 "스테인리스 금속 부품만이 아닌 일반 철강이나 알루미늄, 티타늄 합금 등 제조업에 쓰이는 일반적인 다양한 기계 부품에 응용이 가능하다"며 "자동차, 항공우주, 원자력, 의료기기 등 산업의 디지털 전환을 끌어내는 데 도움을 줄 것"이라고 말했다.
이번 연구에는 미국 조지아공대, 싱가포르 난양공대, 한국재료연구원, 포항공대(POSTECH), 경상대가 참여했다.
연구 결과는 국제 학술지인 '버추얼 앤 피지컬 프로토타이핑'(Virtual and Physical Prototyping)에 5일 자로 게재됐다.
연구 수행은 한국연구재단의 개인기초연구사업의 지원을 받아 이뤄졌다.
헬로티 김진희 기자 |
