주택 건축의 미래, 재활용 플라스틱 3D 프린팅
MIT 연구진이 세척이나 전처리 없는 '오염된 플라스틱'을 활용해 건축물 구조용 프레임을 3D 프린팅하는 기술을 개발했습니다. 이렇게 제작된 바닥 트러스는 목재보다 가벼우면서도 미국 주택도시개발부(HUD) 기준을 아득히 초과하는 4,000파운드의 하중을 견딥니다. 이 기술은 전 세계적인 주택 부족 문제와 플라스틱 환경 오염 문제를 동시에 해결할 수 있는 혁신적인 대안으로 평가받습니다.
일회용 플라스틱은 끊임없는 환경 오염의 원인이며, 증가하는 세계 인구를 수용하기 위한 주택 건설은 목재와 같은 자원에 점점 더 큰 압박을 가하고 있습니다. MIT 엔지니어들이 이 두 가지 문제를 한 번에 해결할 수 있는 아이디어를 내놓았습니다. 최근 연구에서 기계공학과 데이비드 하트(David Hardt) 교수와 연구원 AJ 페레즈(AJ Perez)가 이끄는 팀은 재활용 플라스틱을 사용해 3D 프린팅으로 건축용 빔(Beam), 트러스(Truss) 및 기타 구조물을 만드는 계획을 발표했습니다. 이는 언젠가 기존의 목재 기반 골조를 대체할 수 있는 더 가볍고 지속 가능한 대안이 될 수 있습니다.
일부 기업들이 대규모 적층 제조(Additive Manufacturing) 공법을 사용해 벽체를 만들려고 시도하고 있지만, 주로 콘크리트나 점토를 사용하여 생산 과정에서 큰 환경적 악영향을 미치는 경우가 많습니다. 이 엔지니어들은 구조용 골조 요소를 프린팅하는 선구자적인 탐색을 진행 중이며, 특히 재활용 플라스틱을 사용하여 이를 구현하고 있습니다. 그들이 고안한 디자인은 바닥을 지지하는 전통적인 목재 트러스와 모양이 비슷하며, 사다리의 가로대처럼 대각선 패턴으로 연결되는 빔 구조를 갖추고 있습니다.
이를 테스트하기 위해 연구진은 항공우주 소재 회사로부터 재활용 PET 폴리머와 유리 섬유로 만든 펠릿을 구입하여 방 크기의 3D 프린터에 '잉크'로 투입했습니다. 이 소재로 긴 트러스 4개를 프린팅하고 합판 상판이 있는 일반적인 바닥 골조로 조립해 테스트한 결과, 미국 주택도시개발부(HUD)가 설정한 핵심 건축 기준을 훨씬 상회하는 4,000파운드 이상의 하중 지지 능력을 보여주었습니다. 플라스틱으로 프린팅된 트러스의 무게는 각각 약 13파운드로, 플랫베드 트럭 없이도 쉽게 운반할 수 있을 만큼 가볍습니다. 산업용 프린터를 사용하면 불과 13분 이내에 하나를 만들어낼 수 있습니다.
가장 중요한 점은, 연구진이 세척이나 전처리를 거치지 않은 '오염된(dirty)' 플라스틱'에도 적용할 수 있도록 이 공정을 개발하고 있다는 것입니다. 바닥 트러스 외에도 다른 요소들을 프린팅하고 이를 결합하여 소형 주택의 전체 골조를 완성하는 작업을 진행 중입니다.
페레즈는 "2050년까지 전 세계적으로 약 10억 채의 새로운 주택이 필요할 것으로 추산됩니다. 목재로 그 많은 주택을 짓는다면 아마존 열대우림에 해당하는 면적을 3번이나 벌목해야 할 것"이라며, "이 기술의 핵심은 오염된 플라스틱을 가볍고, 내구성이 뛰어나며, 지속 가능한 주택용 건축 자재로 재활용하는 것"이라고 말했습니다.
연구진은 언젠가 사용한 페트병이나 식품 용기 같은 쓰레기가 파쇄기로 직접 들어가 펠릿으로 변환되고, 이것이 대규모 적층 제조 기계에 투입되어 구조용 복합 건축 부재가 되는 미래를 그리고 있습니다. 건설 현장에서는 이 요소들을 가볍고도 튼튼한 주택 골조에 빠르게 조립할 수 있습니다.
페레즈는 "기본적인 아이디어는 축구 경기장 옆처럼 플라스틱이 많이 발생할 것으로 예상되는 곳 근처에 컨테이너를 배치하는 것"이라며, "상용화된 파쇄 기술을 사용해 오염된 플라스틱을 잘게 부수고, 이를 전 세계 병입 센터처럼 마이크로 공장(Micro-factories)에 존재할 수 있는 대규모 적층 제조 시스템에 투입하는 것입니다. 오토바이나 픽업트럭으로 쉽게 운반할 수 있을 만큼 가벼운 건물 부품을 프린팅하여 주택이 가장 필요한 곳으로 가져갈 수 있을 것"이라고 덧붙였습니다.
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