▲ UV 레이저 기반 광열 형상기억합금 메타모핑 구조의 설계 및 구동 개념도(그림 및 설명=KAIST)  © 특허뉴스

전선도, 모터도, 복잡한 구동장치도 없다. 빛만 비추면 평평한 금속판이 버튼처럼 스스로 솟아오르는 차세대 스마트 소재가 국내 연구진에 의해 개발됐다. 별도의 광흡수 코팅 없이 단 한 번의 레이저 공정만으로 빛을 받아 형태를 자유롭게 바꾸는 기술로, 미래 형상 디스플레이와 웨어러블 촉각 인터페이스, 소프트 로봇 시장에 새로운 전환점을 마련할 것으로 기대된다.

KAIST는 기계공학과 오일권 교수 연구팀이 하나의 UV(자외선) 레이저 공정만으로 니켈-티타늄 형상기억합금(SMA) 시트를 빛을 받으면 원하는 입체 구조로 스스로 변형되는 메타모핑(Meta-morphing) 구조로 제작하는 기술을 개발했다고 20일 밝혔다.

이번 연구 성과는 국제학술지 Advanced Science에 게재됐으며, 연구의 우수성을 인정받아 2026년 6월호(Vol.13, No.31) 이면 표지(Inside Back Cover) 논문으로 선정됐다.

최근 차세대 웨어러블 기기와 소프트 로봇은 얇고 가벼우면서도 필요할 때 원하는 형태로 자유롭게 변형되는 스마트 구조가 핵심 기술로 주목받고 있다.

형상 디스플레이와 적응형 표면, 촉각 인터페이스 등 미래 디지털 기기 역시 전기 배선 없이 자유롭게 변형되는 소재 기술이 필수 요소로 꼽힌다.

연구팀은 종이를 오려 입체 구조를 만드는 키리가미(Kirigami) 원리를 금속에 적용했다.

평평한 형상기억합금 판에 정교한 절개와 접힘 구조를 설계해 빛을 받으면 미리 설계된 입체 구조로 스스로 변형되는 메커니즘을 구현한 것이다.

기존 형상기억합금은 빛을 충분히 흡수하지 못해 그래핀 산화물이나 질화티타늄(TiN) 등의 광흡수 코팅이 반드시 필요했다.

하지만 이러한 코팅은 반복 사용 시 벗겨질 수 있고 제작 공정이 복잡하며 반응 속도도 떨어지는 한계가 있었다.

KAIST 연구팀은 이러한 문제를 UV 레이저 미세가공 기술 하나로 해결했다.

레이저를 한 번 조사하는 것만으로 금속을 원하는 구조로 절단하는 동시에 표면 자체의 광흡수 특성까지 변화시켜 별도의 코팅 공정을 완전히 없앴다.

이번 연구의 가장 큰 차별성은 '어떻게 변형될 것인가'뿐 아니라 '어떤 순서로 변형될 것인가'까지 설계했다는 점이다.

레이저 가공 조건을 달리해 동일한 빛을 비춰도 특정 부분은 먼저, 다른 부분은 나중에 움직이도록 프로그래밍함으로써 별도의 전기 신호나 제어장치 없이 금속이 스스로 정해진 순서대로 형태를 변화시키도록 구현했다.

연구팀은 이를 실제 응용기술로도 입증했다.

근적외선(NIR) LED와 결합해 화면 일부가 실제로 솟아오르는 형상 디스플레이를 구현했으며, 'K→A→I→S→T' 문자가 순차적으로 솟아오르는 동작과 손끝으로 방향을 전달하는 햅틱 인터페이스까지 성공적으로 시연했다.

이번 기술은 향후 화면이 실제 입체로 변형되는 차세대 디스플레이는 물론, 촉각 정보를 전달하는 웨어러블 기기와 적응형 표면, 광열 기반 소프트 로봇 등 다양한 미래 산업으로 확장될 가능성이 높다.

오일권 교수는 "이번 연구는 별도의 광흡수 코팅 없이 단일 금속 소재 안에 기계적 변형과 광학적 특성을 동시에 구현한 새로운 제조 플랫폼"이라며 "빛만으로 형상을 자유롭게 제어할 수 있어 형상 디스플레이와 인터랙티브 햅틱 인터페이스, 차세대 웨어러블 기기, 소프트 로봇 등 다양한 분야에서 활용될 것으로 기대한다"고 말했다.

기계공학과 김현수 석사과정이 제1저자로 참여한 논문명은 Monolithic UV-Laser Programming of Photothermally Meta-Morphing SMA Structures: Dual-Encoded Kirigami Mechanics and Photonic Absorbance이다.