영국 스트라스클라이드 대학(University of Strathclyde) 연구진은 구조적인 손상이 발생하기 전 풍력 터빈(wind turbine), 광산 및 교량 등에서 미세한 결함(microscopic faults)을 검출할 수 있는 혁신적인 저비용의 스마트 페인트(smart paint)를 개발했다. 이러한 환경 친화적인 페인트는 거대한 구조의 움직임을 감지하기 위하여 나노기술을 이용하며, 미래의 안전 모니터링(safety monitoring)을 구축할 수 있을 것이다.
거대한 구조물을 평가하는 전통적인 방법은 복잡하고 시간 소모적이며 해마다 비용을 크게 상승시키는 고가의 기기(instrumentation)를 사용한다. 그러나 스마트 페인트는 이러한 고가의 비용에 단 일부에 해당하며, 문제가 발생하기 전 구조적 손상을 감지하기 위하여 부착된 전극과 함께 어떠한 표면 위라도 단순하게 분무될 수 있다.
스트라스클라이드 대학 도시공학부(Department of Civil Engineering) 소속의 Mohamed Saafi 박사는 이러한 스마트 페인트 기술의 개발이 전 세계적으로 거대 구조물의 안전성을 모니터링 하는 방안으로 널리 응용될 수 있는 가능성이 있다고 밝혔다.
스마트 페인트의 저비용 특성은 현재 업계에서 이용할 수 있는 선택 사항을 상당히 뛰어 넘는 장점을 제공하고 사용될 수 있는 장소에 대한 제약이 없다. 스마트 페인트의 제조 및 적용 공정은 전문가를 필요로 하지 않으며, 자체적으로 직접 모니터링이 수행된다고 Saafi 박사는 밝혔다.
스마트 페인트는 탄소 나노튜브(carbon nanotube)가 정열되어 있는 비산회(fly ash)라고 알려진 폐기물의 재활용으로 형성됐다. 비산회가 혼합될 때, 시멘트와 같은 특성을 지니고 있어서 혹독한 환경에 특히 유용하다. 즉 비산재의 특성은 페인트에 안전 모니터링이 특히 혹독한 기후를 나타내는 지역에서 상당한 장점이 될 수 있는 어떠한 환경에서도 사용될 수 있게 하는 내구성(durability)을 제공한다.
Saafi 박사는 모니터링 공정이 무선 센서 네트워크의 효과를 포함하고 있다고 설명했다. 스마트 페인트는 동력을 수확하는 무선 통신 노드(wireless communication node)와 결합하여 작동하여 풍력 터빈 콘크리트 기초에서 미세한 크랙 같은 눈에 보이지 않는 손상을 멀리 떨어져 있는 위치에서 감지하여 경고를 제공할 수 있다.
전극에 작은 배터리가 부착되어 소형 무선 송신기와 함께 구조물 전체에 배치된다고 Saafi 박사와 함께 박사 과정 프로젝트의 일환으로 이 연구를 착수한 David McGahon은 밝혔다. 송신기로부터 신호를 전송받아 전체 구조물의 반응을 전달하게 된다. 무선 통신 노드는 배터리에 의해 부분적으로 동력이 공급되지만 가능한 장소에 배치된 에너지-수확 방법에 의존할 것으로 기대된다. 만약 당신이 터널 안에 있다면, 당신은 동력을 수확하기 위하여 터널을 통과하는 자동차 또는 기차의 진동을 이용할 수 있다. 만약 당신이 교량 위에 있다면, 솔라 패널(solar panel)을 이용할 수 있을 것이라고 McGahon은 밝혔다. 이러한 아이디어는 항상 배터리 교환을 위하여 사람이 교량이나 구조물을 뛰어다니지 않을 수 있는 보다 더 지속가능한 방안을 구축할 수 있게 해준다고 McGahon은 덧붙였다.
풍력 터빈 기초는 현재 시각적인 검사를 통하여 모니터링 되고 있다. 무선 모니터링 시스템과 새롭게 개발된 페인트는 유지보수 비용을 상당히 낮출 수 있으며 이러한 거대 구조물의 안전을 개선할 수 있을 것이다.
현재의 기술은 주어진 시간에 구조물의 특정 영역을 관찰하는 데 제한을 받지만, 스마트 페인트는 상당한 피해를 예방하는 기회를 극대화하며 특히 전체 구조물을 담당하는 데 유용하다고 Saafi 박사는 밝혔다. 스마트 페인트를 제조하기 위하여 사용된 주요 재료인 비산회를 이용할 경우 광범위하게 이용되고 있는 검사 방법의 단 1 %의 비용으로 새로운 대안을 적용할 수 있다.
기본 모델이 개발되어 수행된 테스트는 스마트 페인트가 매우 효율적이라는 것을 보여 주었다. 추가적인 테스트가 가까운 미래에 글래스고(Glasgow) 인근에서 수행될 계획이다. 연구진이 스트라스클라이드 대학에서 종단 공정을 수행할 수 있었으며, 연구진은 거대한 구조물에 대하여 스마트 페인트의 효과를 증명할 수 있기를 바라고 있다고 Saafi 박사는 밝혔다.
스마트 페인트는 상당한 발전을 의미하며, 연구가 인간의 제어를 제거하기 위하여 조명되는 고부가 가치 선택 사항에 초점을 맞추는 경향이 있기 때문에 성장 가능성이 있는 해결 방안으로 간과될 수 있는 가능성이 있다. 연구진의 연구는 효과에 초래되는 영향 없이 인간에 의해 유지 및 관리되는 비용을 크게 줄일 수 있다는 것을 보여 주었다.
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