Multiscale Structural Mechanics Laboratory
기계공학과
최준명
Multiscale Structural Mechanics Laboratory(멀티스케일 구조역학 연구실)는 성균관대학교 기계공학부 소속으로, 첨단 멀티스케일 해석 및 소재 설계 분야에서 국내외적으로 높은 평가를 받고 있습니다. 본 연구실은 나노스케일에서 매크로스케일까지 다양한 크기에서의 물리적 현상을 해석하고, 이를 바탕으로 새로운 구조와 소재를 개발하는 데 중점을 두고 있습니다. 특히, 소프트 로보틱스, 복합재료 계면, 나노공정 등 다양한 연구 주제를 아우르며, 이론과 실험을 결합한 융합 연구를 활발히 진행하고 있습니다.
연구실의 대표 연구 분야 중 하나인 멀티스케일 소프트 로보틱스는 유연한 소재의 기계적 특성을 활용하여 기존 강체 로봇이 구현하지 못하는 새로운 동작과 기능을 실현하는 데 초점을 맞추고 있습니다. 광반응 고분자, 액정 고분자, 탄소나노튜브 복합체 등 첨단 소재를 활용한 소프트 로봇 설계는 의료, 웨어러블, 생체모방 등 다양한 분야에서 혁신적인 응용 가능성을 보여주고 있습니다.
또한, 복합재료의 계면 특성 및 멀티스케일 해석 연구를 통해, 나노복합재의 미시적 구조와 거시적 성능 간의 상관관계를 규명하고 있습니다. 연속체 역학과 분자동역학 해석법을 결합한 멀티스케일 모델링은 고성능, 고신뢰성 복합재료의 설계와 최적화에 필수적인 기반 기술로 자리 잡고 있습니다. 이러한 연구는 항공우주, 자동차, 전자, 에너지 등 다양한 산업 분야에서 실질적인 기술적 가치를 창출하고 있습니다.
나노공정 및 전산공학(CAE) 기반 소재 설계 역시 본 연구실의 핵심 역량 중 하나입니다. 분자동역학, 유한요소해석, 멀티스케일 시뮬레이션 등 첨단 전산 해석 기법을 활용하여, 나노소재의 합성, 특성 분석, 공정 최적화 등 다양한 연구를 수행하고 있습니다. 실험과 시뮬레이션을 연계한 종합적 접근을 통해, 신기능성 소재의 실용화와 산업 현장 적용에 앞장서고 있습니다.
본 연구실은 산학협력, 정부 연구과제, 국제 공동연구 등 다양한 외부 협력 네트워크를 바탕으로, 실질적인 기술 이전과 상용화에도 적극적으로 참여하고 있습니다. 멀티스케일 구조역학 연구실은 미래 첨단 소재 및 구조 설계 분야에서 세계적인 연구 허브로 성장하고 있으며, 창의적이고 도전적인 연구 인재를 지속적으로 양성하고 있습니다.
Energy Harvesting
Nanocomposites
Polymer Dynamics
멀티스케일 소프트 로보틱스
멀티스케일 소프트 로보틱스는 기존의 강체 기반 로봇과 달리, 유연한 재료의 기계적 특성과 기능성을 적극적으로 활용하여 새로운 형태의 로봇을 설계하는 첨단 연구 분야입니다. 이 연구는 로봇의 구동부를 소형화하고, 정밀화하며, 경량화하는 데 중점을 두고 있습니다. 특히, 기존의 강체 소재로는 구현할 수 없는 복잡하고 유연한 동작을 실현할 수 있다는 점에서 큰 주목을 받고 있습니다.
본 연구실에서는 다양한 나노 및 마이크로 스케일의 재료와 구조를 결합하여, 소프트 로봇의 성능을 극대화하는 설계 방법론을 개발하고 있습니다. 예를 들어, 광반응 고분자, 액정 고분자, 탄소나노튜브 복합체 등 다양한 첨단 소재를 활용하여, 외부 자극에 따라 형태와 기능이 변화하는 로봇 시스템을 구현하고 있습니다. 이러한 연구는 분자동역학 해석, 연속체 역학, 멀티스케일 시뮬레이션 등 다양한 전산 해석 기법과 실험적 접근을 병행하여 진행됩니다.
소프트 로보틱스의 발전은 의료, 웨어러블 디바이스, 생체모방 시스템 등 다양한 응용 분야에서 혁신적인 변화를 이끌고 있습니다. 본 연구실의 연구는 차세대 인공지능 로봇, 스마트 소재 기반의 자동화 시스템, 그리고 인간과 상호작용이 가능한 유연한 로봇 개발에 중요한 기여를 하고 있습니다.
복합재료 계면 및 멀티스케일 해석
복합재료의 계면(interphase) 연구는 서로 다른 재료가 만나는 경계에서 발생하는 기계적, 열적, 화학적 특성을 정밀하게 분석하는 것을 목표로 합니다. 본 연구실에서는 연속체 역학과 분자동역학 해석법을 결합하여, 나노스케일에서부터 매크로스케일까지 다양한 크기에서의 계면 특성을 해석하고 있습니다. 이를 통해 외부 하중에 의한 응력 분포, 변형 에너지, 열적 특성 변화, 화학적 반응 등이 복합재료의 전체 물성에 미치는 영향을 정량적으로 평가할 수 있습니다.
특히, 에폭시/탄소나노튜브, 액정고분자/나노입자 등 다양한 나노복합재의 계면에서 발생하는 크기효과, 가교율, 입자 크기 및 분포에 따른 물성 변화를 멀티스케일 모델링을 통해 규명하고 있습니다. 이러한 연구는 고성능 복합재료의 설계와 최적화, 신뢰성 평가, 그리고 새로운 기능성 소재 개발에 필수적인 기반 기술을 제공합니다. 또한, 실제 산업 현장에서 요구되는 복합재료의 내구성, 경량화, 고기능성 구현을 위한 실질적인 해법을 제시하고 있습니다.
본 연구실의 계면 연구는 학계뿐만 아니라, 항공우주, 자동차, 전자, 에너지 등 다양한 산업 분야에서 높은 활용도를 보이고 있습니다. 멀티스케일 해석 기법을 바탕으로 복합재료의 미시적 구조와 거시적 성능을 연결하는 혁신적인 연구를 지속적으로 수행하고 있습니다.
나노공정 및 전산공학(CAE) 기반 소재 설계
나노공정 및 전산공학(CAE)은 첨단 소재의 설계와 제조에 있어 필수적인 도구로 자리 잡고 있습니다. 본 연구실에서는 분자동역학, 유한요소해석, 멀티스케일 시뮬레이션 등 다양한 전산 해석 기법을 활용하여, 나노스케일에서의 물리적 현상을 정밀하게 예측하고, 이를 바탕으로 새로운 소재와 구조를 설계합니다. 특히, 반도체, 에너지 하베스터, 인공근육 등 첨단 응용 분야에서 요구되는 고성능 소재 개발에 중점을 두고 있습니다.
연구실은 광반응 고분자, 탄소나노튜브, 그래핀, 금속 나노와이어 등 다양한 나노소재의 합성 및 특성 분석, 그리고 이들의 복합체 설계에 대한 연구를 활발히 진행하고 있습니다. 예를 들어, 리소그래피 공정, 나노입자 전사, 이온 수송 메커니즘 등 실제 산업 공정에서 발생하는 다양한 문제를 전산적으로 해석하고, 최적의 공정 조건과 소재 구조를 도출합니다. 이러한 연구는 실험적 접근과의 연계를 통해, 이론과 실제를 아우르는 종합적인 솔루션을 제공합니다.
CAE 기반의 나노공정 연구는 소재의 신뢰성 향상, 제조 공정의 효율화, 그리고 신기능성 소재의 실용화에 크게 기여하고 있습니다. 본 연구실은 산업체와의 산학협력, 정부 연구과제 등을 통해 실질적인 기술 이전과 상용화에도 앞장서고 있습니다.
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Gastric fold-inspired Microwrinkled Carbon Nanotube Sheets for Harvesting Mechanical Energy of Organ Motion
최준명
CARBON, 2024
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A computational method for characterizing molecular-scale load transfer in polymer systems containing structural heterogeneity
최준명
POLYMER JOURNAL, 2024
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Molecular-Scale Investigation of the Microphase-Dependent Load Transfer Capability of Polyurethane
최준명
MACROMOLECULES, 2024
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BK21 FOUR 소재-부품-장비 혁신사업단, 교육부
