상어의 창자를 모방한 파이프

역류를 막는 구조의 파이프를 3D 프린터로 만들었다

물을 흘려보내는 파이프는 흐름의 방향을 바꿔도 흐르는 방식은 같다. 즉 흐름의 방향을 바꿔도 유체가 받는 저항력인 '유체 저항' 에는 변화가 없다.

미국 워싱턴 대학교의 레빈(Ido Levin) 박사 연구팀은 흐름의 방향에 따라 유체 저항이 크게 달라지는 혁신적인 파이프를 고안했다. 연구팀이 참고한 것은 내벽이 나선 모양의 주름으로 덮여 있는 상어 창자이다. 상어 창자가 이런 형상을 하고 있는 것은 소화된 음식 물의 역류를 막기 위해서이다. 연구팀은 3D 프린터를 사용해 나선의 간격이나 각도 등이 달라지는 여러 가지 파이프를 만들었다.

그리 고순방향과 역방향으로 물을 흘려 유체 저항을 비교한 결과 최대 2배의 차이가 생겼다. 나아가 실제의 상어 창자와 가깝게 하기 위해 연구팀은 딱딱한 플라스틱이 아니라 3D 프린터에서 사용하는 가장 유연한 재료로 파이프를 만들었다. 그 결과 흐름의 방향에 의한 유체 저항의 차이는 7배로 증가했다.

이것은 내부 유동에 의해 나선 모양이 변형하기 때문이라 생각되며, 보다 유연한 재료를 사용

하면 성능이 더 향상될 가능성이 있다. 나선 구조 파이프를 사용하면 밸브나 가동부 없이 액체의 역류를 막을 수 있다.

이런 파이프는 공업 플랜트에 사용하는 배관부터 의료 기기인 튜브에 이르기까지 다양한 곳에 응용할 수 있다고 연구팀은 말했다.

출전: The Proceedings of the National Academy of Science, 2024년 9월 24일

출처: 뉴턴 2025-01