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물리 이론 물리학을 위한 3D 프린팅
2013.12.18 13:27
이론 물리학을 위한 3D 프린팅http://mirian.kisti.re.kr/futuremonitor/view.jsp?cn=GTB2013120503&service_code=03 | |
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| KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2013-12-13 | |
| 학생들은 런던 왕립 대학의 연구 그룹에 의해 고안된 새로운 아이디어로 인해 물리학 수업에서 배울 이론적인 몇 가지 개념들을 곧 만지고 배울 수 있게 될 것이다. EPL 지에 최근 게재된 새로운 연구에서, 연구원들은 3D 프린터를 이용하여 어떻게 복잡한 이론 물리학이 물리적인 물체로 변형될 수 있는지 성공적으로 실현했다고 밝혔다. 단지 8시간 동안, 약 15 유로의 비용으로 연구팀은 수학적인 모델에 기반한 8㎤ 물체를 만들기 위해 상업적으로 가능한 3D 프린터를 사용할 수 있었다. 여기서, 수학적인 모델은 어떻게 산불이 시작될 수 있고 마침내 시간이 지남에 따라 어떻게 산불이 퍼지는지를 설명했다. 연구팀은 이를 “스컬플렉시티(Sculplexity)” 접근법이라고 명명하였다. 이 스컬플렉시티는 복잡성의 조각들을 위한 수준을 의미한다. 그리고, 연구팀은 과학에 기반한 예술적 작품들을 생산하는 데에도 사용될 수 있다고 믿는다. 또한, 연구팀은 아이디어들 및 개념들이 과학 학회 내에서 토론되거나 발표되는 방법들을 변형하는 데에도 사용될 수 있다고 믿는다. 연구의 공동 저자이며, 임페리얼(Imperial)에서 이론 물리학자인 팀 에반스(Tim Evans) 박사는 박물관이 습득한 첫 3D 프린트된 물체를 보게 된 런던에 있는 빅토리아 및 알버트 박물관을 방문한 뒤 연구에 영감을 받았다고 말했다. 그 물체는 자연에서 발견된 나무와 같은 구조들에 의해 영감 받은 테이블이었다. 이는 이론 물리학에서 복잡한 시스템들에서 일반적으로 접하게 되는 분지 과정의 예이다. 이는 물리학과 비슷한 어떤 다른 프로세스들이 3D 프린트된 물체로 바뀌게 될 수 있을까 라는 것이라고 팀 에반스 박사는 생각했다. 복합 시스템들은 많은 시간, 길이 크기들, 큰 크기 위에서 특정 패턴들 및 일관성있는 행동들을 보여주는 것들이 상호작용하는 많은 부분들로 구성된다. 살아있는 유기체는 복합 시스템의 가장 좋은 예이다. 이 유기체는 세포에서 분자 프로세스들의 경우, 개별 부분들이 거시적인 크기에서 훨씬 더 큰 프로세스들에 기여하고 서로 상호작용한다. 많은 복합 시스템들에서 작용하는 상호작용들은 이상 정육면체들 혹은 세포들로 나누어진 2차원 그리드 상에 맵될 수 있다. 각각의 세포들은 어떤 규칙들에 의해 지배되는 시간에 따라 진화하고 특정 상태에서 존재할 수 있다. 연구팀은 연구의 예로서 산불을 사용하였다. 각각의 세포는 살아있거나 죽거나 탈 수 있는 나무로 대표되었다. 각각의 세포가 시간에 따라 차지하는 정확한 상태는 규칙에 의존했다. 이는 번개에 맞았거나 탈 수 있는 다른 세포에 대한 세포의 근접성을 고려하였다. 기본적인 아이디어는 간단하다. 3D 프린터는 층들에서 물체를 만든다. 그래서 물체의 높이는 시간에 따라 생각될 수 있다. 시간에 따라 평면 이 차원 그림을 정의하는 수학적 모델을 가지고 있다면, 일반적으로 안이 가득 찬 사각형들과 비어있는 부분으로 되어 있는 하나의 그리드를 형성할 것이다. 수학적인 모델은 프린터가 특정 높이에서 인쇄하는 것이 시간에 따라 각 지점에서 정해질 것이다. 이 모델의 다음 단계는 첫 번째 층의 상부에 인쇄할 것을 정의하며 다음 층들을 계속해서 정의할 것이다. 이 결과는 어떻게 수학적인 모델이 시간에 걸쳐 진화되는지 보이는 3D 물체이다. 연구원들이 만들어낸 모델은 어떠한 문제도 없었지만 에반스 박사는 이 실험이 창조적이기 위해 물체들을 정의하고 해법을 공식화하며 물리학 학회에 영감을 줄 수 있을 것이라고 믿고 있다. 런던 왕립 대학의 연구원들은 심장 근육 내 개별 세포들의 특성 파악을 위해 간단한 모델들을 조사함으로써 비정상 심장박동을 설명하려고 하며 3D 프린팅을 이용하여 가시화될 것이라고 기대하고 있다. 광범위한 질병을 설명하는 대부분의 모델들이 가시화될 수 있을 것이다. 에반스 박사는 자신이 개발한 기술에는 수많은 다른 예들이 있으며 이론적인 모델이 3D 프린터 출력으로 직접적인 번역이 다른 분야들에서 창조적인 영감들을 자극하길 기대하고 있다. 그림 설명: 연구팀은 3D 프린터를 이용하여 복잡한 이론 물리학이 어떻게 물리적 물체로 변환될 수 있는지를 성공적으로 실현하였다. 참고 자료: "Sculplexity: Sculptures of complexity using 3D printing" EPL, http://iopscience.iop.org/0295-5075//104/4/48001/article | |
자료를 가져가실 때에는 출처 KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』을 밝혀 주시기 바랍니다. | |
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