[한국기술뉴스] 중앙대학교 전자전기공학부 임성준 교수와 정희준 박사, 박의용 박사과정 학생이 4D 프린팅 기술을 활용해 외부 상황에 따라 스스로 동작 주파수를 바꿀 수 있는 차세대 무선통신 안테나 기술을 개발했다.

4D 프린팅은 고정된 형상의 구조물을 만드는 3D 프린팅과 달리 시간이라는 차원을 추가해 상황에 따라 3D 프린팅으로 제작한 구조물의 형상을 변화시키는 것이 가능하다. 4D 프린팅 구조물은 상황에 맞춰 구조물의 형상을 자유롭게 바꿀 수 있어 다양한 분야에 응용될 수 있다. 발사체에 탑재할 때에는 형상을 최소화했다가 우주 공간에 발사된 후 실제 사용할 때에는 형상을 최대화하는 태양전지 패널과 같은 사례가 대표적인 예다. 

임성준 교수 연구팀은 4D 프린팅 기술을 안테나에 응용하기 위해 다중 인쇄 공정 기술을 개발했다. 안테나의 주파수 대역을 기억시킴으로써 사람의 개입 없이도 외부 자극에 따라 안테나가 스스로 형상을 변형해 기억한 주파수 대역으로 복구할 수 있도록 했다.

임 교수 연구팀은 GHz 대역에서 동작하는 RF 회로·부품에 응용하기 위해 4D 프린팅된 구조 위에 전도성 물질을 형성하는 공정 방법을 개발했다. 해당 공정·설계 기술을 5G 무선통신 주파수 대역 안테나에 응용함으로써 세계 최초의 4D 프린팅 기술을 무선통신 분야에 응용하는 연구 성과를 거두게 됐다. 이번 연구 성과는 인간의 개입 없이 안테나가 스스로 외부 환경에 반응해 기능을 가변한다는 점에서 사막이나 우주처럼 인간이 쉽게 접근할 수 없는 척박한 환경에서 빛을 발할 것으로 기대된다. 

이번 연구 성과는 과학기술정보통신부가 주관하는 중견연구자지원사업의 결과물이다. 피인용도(Impact factor) 10.998을 기록한 제조 분야 상위 1%로 손꼽히는 세계적 권위의 국제학술지 ‘Additive Manufacturing’에 8월 게재됐다. 

정희준 박사가 제1저자, 박의용 박사과정이 공동저자로 참여한 이번 연구에 대한 상세 내용은 ‘하이브리드 3D 프린팅 공정 기술을 통한 형상 변형으로 주파수 기억 가능한 마이크로스트립 모노폴 안테나(Frequency memorizing shape morphing microstrip monopole antenna using hybrid programmable 3-dimensional printing)’ 논문을 통해 확인가능하다. 

임성준 교수는 “이번 연구 성과는 공정 기술과 설계 기술, 전자기학 해석 기술, 기계적 구조 해석 기술 등을 융합해 달성한 것”이라며, “개발된 적층 가공 공정 기술이 안테나뿐만 아니라 회로와 센서 등에도 응용될 것으로 기대한다”고 전했다.