나사 풀림 위험 알아내는 똑똑한 금속 나왔다

[아이뉴스24 정종오 기자] 나사 풀림 위험이나 내·외부 물리적 변형 요인을 구분할 수 있는 똑똑한 금속 부품이 개발됐다.

유니스트(UNIST, 총장 이용훈) 기계공학과 정임두 교수 연구팀은 3D 프린팅 적층제조기술과 인공지능 기술을 이용해 ‘인지 가능한 스테인리스 금속 부품’을 개발하는 데 성공했다. 인공지능 기술과 증강현실 융합기술로 금속 부품단위의 디지털 트윈을 구현해냈다.

연구팀이 개발한 기술은 스테인리스 금속 부품 제조 과정에서 변형 센서를 심어 물리적 상태를 반영하는 데이터를 얻은 뒤, 인공지능 분석을 통해 금속 부품 스스로의 상태를 감지하도록 하는 기술이다.

이 지능형 스테인리스 금속 부품은 스스로 주변 고정 나사의 풀림 정도와 풀린 나사 위치 등을 약 90%의 정확도로 감지할 수 있었다. 자신을 때린 물건의 종류(손, 망치, 스패너 등)까지 구분할 수도 있다.

또 디지털 트윈 금속부품을 통해 혼합현실에서 해당 금속 외부·내부 응력 분포 변화를 실시간으로 확인할 수 있게 됐다.

주로 섭씨 1천도 이상의 고온 공정인 금속 성형에서 내부에 센서를 삽입하는 기술이 아주 까다로운데 독자적으로 보유한 ‘금속 성형 센서 삽입 기술’을 활용했다.

기존 금속 기반 기계 시스템에서는 변형에 대한 물리적 특성 데이터를 제대로 수집하기 힘들어 인공지능 기술을 적용하는 데 한계가 있었다. 데이터에 물리적 특성이 잘 반영될수록 인공지능은 더욱 자세한 분석을 수행할 수 있다. 연구팀이 제시한 센서 삽입 방식은 표면 센서 부착, 외부 카메라 관찰, 소리 분석과 같은 간접 분석 방식 대비 더욱 정밀한 감지가 가능하다.

정임두 교수는 “이번 연구 결과는 스테인리스 금속 부품만이 아닌 일반 철강이나 알루미늄, 티타늄 합금 등 제조업에 쓰이는 일반적 다양한 기계 부품에 응용이 가능하다”며 “기존 생산, 자동차, 항공우주, 원자력·의료기기 산업의 디지털 전환을 이끌어 내는 데 도움을 줄 수 있을 것”이라고 말했다.

이번 연구는 미국 조지아공대, 싱가포르 난양공대, 한국재료연구원, 포스텍, 경상국립대와 공동 연구로 진행됐다.

연구 결과(논문명: Laser powder bed fusion for AI assisted metal components)는 제조 분야 국제 학술지인 ‘버츄얼 앤 피지컬 프로토타이핑(Virtual and Physical Prototyping)’에 지난 5월 5일 자로 실렸다.