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워싱턴 – 1991년 영화 “터미네이터 2: 심판의 날”에서 액체 금속으로 만들어진 T-1000이라는 악의적인 시간 여행, 변신 로봇은 독특한 품질을 보여줍니다. 폭발이나 총알에 맞으면 금속이 스스로 치유됩니다.
자가 치유 광물은 여전히 공상 과학 소설에 불과합니다. 분명히 아닙니다.
과학자들은 수요일에 순수한 백금과 구리 조각이 스트레스를 받는 금속에서 어떻게 이러한 균열이 형성되고 전파되는지 연구하기 위해 고안된 나노 규모 실험 중에 금속 응력으로 인한 균열을 자발적으로 치유하는 방법을 설명했습니다. 그들은 이 능력이 비교적 가까운 미래에 자가 치유 기계와 구조를 만들기 위해 광물에 조작될 수 있다는 낙관론을 표명했습니다.
금속 응력은 기계, 차량 및 구조물의 부품을 포함하여 금속이 반복적인 응력이나 동작에 노출된 후 미세한 균열을 유지하고 시간이 지남에 따라 손상이 악화되는 경우 발생합니다. 금속 피로는 항공기(예: 제트 엔진)와 기반 시설(교량 및 기타 구조물)을 포함하는 영역에서 치명적인 고장을 일으킬 수 있습니다.
뉴멕시코에 있는 미국 정부의 산디아 국립 연구소에서 수행된 실험에서 연구원들은 작은 금속 조각의 끝을 초당 약 200회 나사로 조이는 기술을 사용했습니다. 균열이 형성되고 처음에는 퍼졌습니다. 그러나 실험 약 40분 후에 금속이 다시 융합되었습니다.
연구자들은 이 치유를 “냉간 용접”이라고 불렀습니다.
“냉간 용접은 두 개의 상대적으로 매끄럽고 깨끗한 금속 표면이 결합하여 원자 결합을 고정할 때 발생하는 것으로 알려진 야금 공정입니다.”라고 Nature 저널에 발표된 연구를 주도한 Sandia National Laboratories 재료 과학자인 Brad Boyce가 말했습니다.
Boyce는 “‘터미네이터’의 자가 치유 로봇과 달리 이 프로세스는 인간 수준에서 볼 수 없습니다. 나노 스케일에서 발생하며 여전히 해당 프로세스를 제어해야 합니다.”라고 덧붙였습니다.
금속 조각의 두께는 40나노미터, 폭은 수 마이크로미터였습니다. 백금과 구리에서만 실험에서 치유가 관찰되었지만 Boyce는 시뮬레이션 결과 다른 금속에서도 자가 치유가 발생할 수 있으며 강철과 같은 합금이 이러한 품질을 나타내는 것이 “상당히 그럴듯하다”고 말했습니다.
Boyce는 “이 동작을 이용하도록 설계된 재료를 구상하는 것이 가능합니다.”라고 말했습니다.
Boyce는 “이 새로운 지식을 바탕으로 피로 파손을 완화하는 데 도움이 되는 대체 재료 설계 전략 또는 공학적 접근 방식이 있을 수 있습니다. 또한 이 새로운 이해는 기존 구조의 피로 파손에 대한 정보를 제공하여 이러한 파손을 설명하고 예측하는 능력을 향상시킬 수 있습니다.”라고 덧붙였습니다.
과학자들은 과거에 자가 치유 물질을 만들었는데 대부분 플라스틱이었습니다. 연구 공동 저자인 텍사스 A&M 대학의 재료 과학 및 공학 교수인 Michael Dimkovic은 10년 전에 금속의 자가 치유를 예측했습니다.
Dimkovic은 특정 조건에서 금속에 일반적으로 피로 관련 균열을 악화시키는 응력을 가하면 반대 효과가 나타날 수 있음을 정확히 발견했습니다.
Dimkovic은 “이제 우리가 발견한 내용을 구체적으로 적용하려면 개발하는 데 10년이 더 걸릴 것이라고 믿습니다.”라고 말했습니다.
Dimkovic은 “내가 처음 예측을 했을 때 일부 신문에서는 내가 T-1000을 작업하고 있다고 말했습니다. 여전히 공상 과학 소설입니다.”라고 말했습니다. “그러나 (TV 시리즈) Battlestar Galactica의 끝에서 승무원은 일부 Cylon(가상 로봇 종족) 기술을 채택하여 배의 피로 손상을 치료하는 데 도움을 주며 금속이 자체 상처를 치료할 수 있는 유기 조직처럼 작동하도록 합니다. 저는 우리가 작업하고 있는 것이 ‘Battlestar Galactica’ 예의 라인을 따라 있다고 말하고 싶습니다.”
자가치유는 전자현미경이라는 장치를 이용해 매우 특정한 환경에서 관찰된다.
Boyce는 “연구에서 남겨진 큰 질문 중 하나는 프로세스가 현미경의 진공 환경뿐만 아니라 공기에서도 발생하는지 여부입니다. 그러나 진공에서만 발생하더라도 우주선의 피로 또는 대기에 노출되지 않은 지하 균열과 관련된 피로에 여전히 중요한 영향을 미칩니다.”라고 Boyce는 말했습니다.
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“경순은 통찰력 있고 사악한 사상가로, 다양한 음악 장르에 깊은 지식을 가지고 있습니다. 힙스터 문화와 자연스럽게 어우러지는 그의 스타일은 독특합니다. 그는 베이컨을 좋아하며, 인터넷 세계에서도 활발한 활동을 보여줍니다. 그의 내성적인 성격은 그의 글에서도 잘 드러납니다.”