식물의 놀라운 회복력에서 영감을 얻은 호주 과학자들은 레이저와 금속 분말을 활용하여 전례 없는 중량 대비 강도 비율을 달성하는 획기적인 메타물질을 개척했다. 자연의 청사진에서 탄생한 이 공상과학 같은 작품은 다양한 산업 분야에서 엄청난 잠재력을 가지고 있다.

강도와 경량 특성을 결합한 재료에 대한 탐구는 의료용 임플란트에서 항공 우주 공학에 이르기까지 다양한 응용 분야에서 재료 과학자들을 오랫동안 사로잡았다. 빅토리아 수련과 같은 탄력 있는 식물에서 발견되는 속이 빈 격자 구조를 모방하기 위해 연구자들은 자연의 디자인을 금속으로 복제하기 위해 노력해 왔다. 그러나 기존의 제조 방법을 활용한 이전의 시도는 주로 하중 응력의 고르지 않은 분포로 인해 부족했다.

이 문제를 해결하기 위해 RMIT 대학의 Ma Qian 교수와 그의 팀은 고급 금속 3D 프린팅 기술을 활용하여 하중 응력을 보다 고르게 분산시킬 수 있는 격자 구조의 메타물질을 제작했다. 재료를 층별로 압출하는 기존의 3D 프린팅과 달리 "레이저 분말 베드 융합"으로 알려진 이 방법은 금속 분말을 레이저로 층층이 선택적으로 녹여 복잡한 패턴을 형성하는 것이다.

그 결과 일반적인 티타늄 합금으로 제작된 메타물질은 항공우주 응용 분야에 사용되는 유사한 밀도의 가장 강한 합금에 비해 50% 증가한 놀라운 강도를 보여주었다. Qian은 "우리는 얇은 내부 밴드로 보완된 속이 빈 관형 격자 구조를 설계하여 강도와 가벼움을 새로운 방식으로 결합했다. 두 개의 상호 보완적인 격자 구조를 효과적으로 병합함으로써 기존 재료에 내재된 약점을 우회할 수 있다."

혁신적인 메타물질은 엄청난 가능성을 가지고 있지만, 제조 공정의 특수한 특성으로 인해 실제 응용 분야에서 채택하는 것은 초기에 어려움에 직면할 수 있다. 수석 저자인 Jordan Noronha는 이러한 장애물을 인정하면서 전통적인 제조 기술로는 이러한 복잡한 금속 구조를 제작하기에 충분하지 않을 수 있다고 지적했다. 그러나 기술이 발전함에 따라 레이저 분말 베드 융합의 접근성과 효율성이 향상되어 이러한 고강도 다중 토폴로지 메타물질의 광범위한 구현을 위한 길을 열 것으로 예상된다.

과학자들이 자연의 독창적인 디자인에서 계속 영감을 얻음에 따라, 호주 팀의 메타물질과 같은 생체 모방 물질의 개발은 재료 과학의 중요한 도약을 나타내며 엔지니어링 및 그 밖의 오래된 과제에 대한 새로운 솔루션을 제공한다. 제조사 Impact Lab