초소형 부품 자동설계하는 기술 개발(김윤영 교수 연구팀)

초소형 부품 자동설계하는 기술 개발
서울대 김윤영 교수 연구팀
차세대 핵심역량 기술인 바이오칩 등 고성능 초소형 부품을 자동으로 설계하는 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

지난 2002년부터 과기부 창의적연구진흥사업인 멀티스케일설계연구단을 이끌고 있는 서울대학교 기계항공공학부 김윤영 교수는 “극미세소자 가공과 정밀제어에 사용하는 초소형 마이크로 구동장치를 자동 설계하는 기술을 개발했다”고 밝혔다.

이번에 선보인 자동설계기술은 초소형 작동장치를 가격대비 최고 성능을 발휘할 수 있도록 설계하는 기법으로 성능만을 중시한 기존 방식보다 앞선 방법이다.

김 교수는 “초소형 부품과 작동장치를 설계에선 주로 설계자의 경험과 직관에만 의지하기 때문에 시행착오를 자주 겪을 수밖에 없었다”며 “새 설계 기법은 성능뿐 아니라 제작성까지 고려한 설계방식”이라고 설명했다.

초소형 부품과 작동장치를 설계하려면 다양한 물리적 현상을 이해해야 한다. 초소형 시스템은 여러 물리적 성질들이 서로 영향을 주고받으며 작동하기 때문이다. 특히 크기가 작아지면 작아질수록 서로 영향을 미치는 요소는 더 많아진다. 최소 가격으로 최고 성능을 발휘하는 작동장치를 설계하기란 그만큼 어렵다.

하지만 지금까지 이런 초소형 작동기는 고도의 기술을 보유한 전문가가 직접 설계해왔다. 이 때문에 완성된 제품을 설계하기까지 많은 시행착오를 겪을 수밖에 없었다. 연구팀은 이런 번거로움을 해결하기 위해 수학적 알고리듬을 사용한 새 설계 방식 개발에 나섰다.

연구팀은 일단 전기에너지를 열에너지로 바꾼 다음, 열에너지를 운동에너지로 변환하는 초소형 작동장치를 첫 모델로 삼았다. 여러 가지 물리현상에 영향을 받을 수밖에 없는 생체모방작동기는 특히 부품 크기가 매우 작아질 경우 기존 방식으로 설계가 불가능하다. 설사 제작에 성공하더라도 강도가 약해 곧 부러지거나 부서져버리기 일쑤다.

연구팀이 개발한 새 설계기법은 컴퓨터가 설계자가 미처 고려하지 못한 부분까지 찾아내 설계할 수 있다는 것이 특징이다. 설계자의 경험과 직관에 의존했던 기존 방식을 크게 개선한 것이다. 이런 방식으로 DVD나 CD플레이어에 들어가는 레이저 구동부같은 전자제품뿐 아니라 초소형 마이크로 시스템의 설계가 가능해진다.

김 교수는 “성능과 제작성을 모두 고려한 자동설계기법은 이번에 개발한 것이 처음”이라며 “현재 미국과 일본, 유럽을 중심으로 이 기술을 선점하기 위한 치열한 경쟁이 벌어지고 있다”고 설명했다.

이번에 개발된 자동설계기술은 차세대 핵심 역량기술인 전자기 부품, 바이오칩에 사용되는 초소형 마이크로시스템 설계의 핵심 기술로 사용될 수 있을 것으로 전망된다. 특히 자동차 충돌 분석이나 전기장 문제, 특수형상기억합금 등 기존 설계 기법으로 접근하기 불가능한 비선형 분야에서 응용 가능성도 높다고 연구팀은 밝혔다.

[과학기자협회 미디어리소스발굴자료] 사이언스타임즈 2005-2-17