딱따구리의 머리는 충격 흡수 장치에 영감을 줍니다.

폴 마크스

2011년 2월 4일

딱따구리 대 충격 흡수 장치

미래의 항공 사고 조사관들이 비행기 잔해에서 비행 기록 장치를 회수할 때 비행 데이터의 생존에 대한 감사의 표시로 황금색 딱따구리인 Melanerpes aurifons를 발견할 수도 있습니다. 이유? 심한 감속을 견디는 새의 능력에서 영감을 얻은 충격 흡수 장치입니다.

딱따구리의 머리는 초당 최대 22번의 속도로 나무를 두드리면서 1200g의 감속을 경험합니다. 인간은 80~100g을 경험하면 뇌진탕을 일으키는 경우가 많기 때문에 딱따구리가 뇌 손상을 피하는 방법은 불분명했습니다.

버클리 캘리포니아 대학의 윤상희, 박성민 교수는 새의 머리와 목에 대한 비디오와 CT 스캔을 연구한 결과 기계적 충격을 흡수하는 4개의 구조가 있음을 발견했습니다.

이것은 단단하지만 탄력 있는 부리입니다. 설골(hyoid)이라 불리는 두개골 뒤쪽으로 뻗어 있는 힘줄이 있고 탄력 있는 혀를 지지하는 구조; 두개골의 해면골 부분; 두개골과 뇌척수액이 상호 작용하여 진동을 억제하는 방식도 있습니다.

그런 다음 연구원들은 유사한 방식으로 작동하는 마이크로 전자 장치를 보호하기 위해 기계적 충격 흡수 시스템을 구축할 수 있도록 이러한 모든 요소에 대한 인공 유사점을 찾기 시작했습니다.

부리의 변형 저항을 모방하기 위해 원통형 금속 인클로저를 사용합니다. 기계적 부하를 분산시키는 설골의 능력은 원통 내의 고무층에 의해 모방되고, 두개골/뇌척수액은 알루미늄 층에 의해 모방됩니다. 해면골의 진동 저항은 깨지기 쉬운 회로가 있는 촘촘하게 채워진 직경 1mm의 유리 구체로 모방됩니다(다이어그램 참조).

윤씨와 박씨는 시스템을 테스트하기 위해 이를 총알 안에 넣고 공기총을 사용하여 알루미늄 벽에 발사했습니다. 그들은 그들의 시스템이 최대 60,000g의 충격으로부터 내부에 있는 전자 장치를 보호한다는 것을 발견했습니다. 오늘날의 비행 기록 장치는 1000g의 충격을 견딜 수 있습니다.

윤씨는 “이제 우리는 기계적 충격으로 인한 마이크로 장치의 파손을 방지하는 방법을 알고 있습니다. "한국의 한 연구소는 현재 이 기술의 군사적 응용을 조사하고 있습니다."

비행 기록 장치의 전자 장치를 보호하는 역할뿐 아니라 충격 흡수 장치는 "벙커 파괴" 폭탄에도 사용될 수 있을 뿐만 아니라 우주선이 미세 운석 및 우주 잔해와의 충돌로부터 보호하는 데에도 사용될 수 있습니다. 자동차의 전자 장치를 보호하는 데에도 사용할 수 있습니다.

"이 연구는 처음에는 불가능해 보이는 문제를 해결하기 위해 자연이 어떻게 고도로 발전된 구조를 조합하여 개발했는지 보여주는 흥미로운 예입니다."라고 영국 크랜필드 대학교(Cranfield University)의 자동차 충격 연구 전문 엔지니어인 Kim Blackburn은 말합니다.

"이것은 차량용 재생 댐퍼에 대한 우리의 생각을 알려줄 수 있으며, 에너지를 열에 버리는 것보다 더 쉽게 복구할 수 있는 형태로 에너지를 전환할 수 있습니다"라고 Blackburn은 덧붙입니다. "궁극적으로 딱따구리에게서 에너지를 회복하고 운전자에게 두통을 주지 않는 방법을 배워야 합니다."

영국 브래클리에 본사를 둔 Formula One 팀 Mercedes GP Petronas의 CEO인 Nick Fry는 이러한 아이디어가 모터스포츠에 참여하는 운전자의 충돌 방지에 반영될 수 있다고 말합니다. 내장과 뇌가 뭉개지지 않도록 사고 상황을 만들어줬다”고 말했다.

Fry는 “우리는 기발한 복합재 설계, 매우 정교한 안전벨트, 머리 및 목 보호 시스템을 통해 이를 실현하고 있습니다.”라고 말합니다. "그러나 이 연구는 우리가 미래에 활용할 수 있는 것일 수도 있습니다. 매우 흥미로울 수 있습니다."

저널 참조: Bioinspiration and Biomimetics, DOI: 10.1088/1748-3182/6/1/016003

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