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14세 소년, 종이접기로 1만 배 하중을 견디는 구조 설계

 (smithsonianmag.com)
1P by GN⁺ 6시간전 | ★ favorite | 댓글 1개
  • Miura-ori 종이접기 패턴을 변형해 자신의 무게의 1만 배를 지탱하는 구조물을 만든 14세 학생의 연구 사례
  • 250시간 이상 실험을 반복하며 재난 시 신속 배치 가능한 긴급 대피소 구조로 발전 가능성을 탐구
  • 실험에서 200파운드 이상의 하중을 견디는 결과를 얻었으며, Thermo Fisher Scientific Junior Innovators Challenge에서 2만5천 달러의 최고상을 수상
  • 심사위원단은 창의성·공학적 엄밀성·팀 협업 능력을 높이 평가
  • 연구는 접이식 구조물의 강도-중량비 향상 가능성을 보여주며, 향후 실규모 재난 대응 구조물 개발로 확장될 잠재력 보유

Miura-ori 패턴 실험과 발견

  • 뉴욕의 14세 학생 Miles Wu는 Miura-ori 종이접기 패턴을 접은 종이가 자신 무게의 1만 배를 지탱할 수 있음을 발견
    • 총 250시간 이상 다양한 변형 패턴을 설계·접기·테스트함
    • Miura-ori는 한 번에 접고 펼 수 있는 평행사변형 격자 구조로, 우주공학 등에서 활용된 바 있음
  • Wu는 세 가지 종류의 종이(복사용지, 얇은 카드지, 두꺼운 카드지)를 사용해 54가지 변형 패턴을 제작, 108회 실험을 수행
    • 접힘 정확도를 높이기 위해 스코어링 기계를 사용
    • 각 패턴은 64제곱인치 면적으로 제작되어 5인치 간격의 가드레일 사이에 배치 후 하중을 가함
  • 실험 결과, 가장 강한 패턴은 200파운드 이상을 견디며, 이는 뉴욕 택시가 4,000마리 코끼리 무게를 지탱하는 비율에 해당

재난 대응용 접이식 대피소 구상

  • Wu는 허리케인과 산불 보도를 보며 강하고 접이식이며 저비용인 구조물의 필요성을 인식
    • 기존 대피소는 튼튼함·배치 용이성·비용 효율성 중 하나만 충족하는 경우가 많음
  • Miura-ori의 강도와 접이성을 활용해 긴급 대피소로의 응용을 구상
    • 단일 Miura-ori를 아치형으로 휘거나, 여러 장을 결합해 텐트형 구조로 만드는 방안 검토
    • 향후 다방향 하중 실험을 통해 구조적 안정성 검증 계획

수상 및 평가

  • Wu의 연구는 2025년 Thermo Fisher Scientific Junior Innovators Challenge에서 최고상(2만5천 달러) 수상
    • 미국 중학생 대상 STEM 분야 최고 권위 대회로, 30명의 결선 진출자 중 1위 선정
  • 심사위원단은 개인적 열정과 지역사회 기여 가능성을 중시
    • Wu는 오랜 종이접기 취미를 구조공학 실험으로 발전시켜 높은 평가를 받음
    • 팀 챌린지에서는 접이식 게 팔 구조물 제작으로 창의성·협업력을 입증

전문가 분석

  • 프린스턴대 Glaucio H. Paulino 교수는 Wu의 연구를 기하학을 구조적 속성으로 활용한 우수한 매개변수 탐구로 평가
    • Miura-ori의 셀 크기와 접힘 각도 조정으로 강도-중량비 향상이 가능함을 입증
  • 다만 실제 대피소로 확장하려면 두꺼운 재료 적용, 접합부 설계, 내구성 확보 등 추가 공학적 고려 필요
    • 실제 구조물은 다방향 하중과 장기 내구성에 대응해야 함

향후 계획

  • Wu는 STEM과 종이접기의 융합 연구를 계속할 계획
    • 실제 대피소 프로토타입 제작과 다양한 종이접기 패턴의 응용 가능성 탐색을 목표로 함
    • 현재는 Miura-ori 기반 아치형 구조물의 실험적 설계 단계에 있음
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GN⁺ 6시간전  [-]
Hacker News 의견들

  • “14살”이라는 표현보다 “6년 전부터 종이접기를 시작했다”는 점이 더 중요함
    6년 동안 열정적으로 실험하고 발전해온 결과임

    • 아이들의 ‘6년’은 어른의 6년보다 훨씬 많은 시간을 의미함
      신경가소성 덕분에 배움의 효율도 훨씬 높음
      나도 15살 때는 35살인 지금보다 훨씬 빨리 배웠음
      고등학교 때 Gentoo Linux로 OS를 깊이 공부한 덕분에 이후의 공학·물리·수학 지식이 큰 기반이 되었음
      하지만 지금은 고급 수학을 배우는 게 꽤 힘든 일임
    • “접었다(folded)”는 표현에 너무 집중하지 말았으면 함
      그는 새로운 디자인을 만든 게 아니라, 일본의 천체물리학자 Miura-Ori가 고안한 구조를 실험적으로 측정한 것임
    • 나이에 집중하기보다, 이런 몰입은 자폐 스펙트럼 특성과 더 관련이 있을 수도 있음

  • 정말 멋진 연구이지만, 종이 구조물이 압축에 강하다고 해서 재난용 임시 주거와 직접 연결되는지는 잘 모르겠음
    텐트는 압축 강도가 중요하지 않고, 종이는 야외 환경에 적합하지 않음
    아마도 기자가 재난 대응이라는 포인트를 과도하게 강조한 것 같음

    • 사실 대부분의 텐트는 눈이 쌓이지 않도록 설계되지 않으면 압축에 약함
      큰 눈이 오면 밤중에 일어나서 눈을 털어내야 함

  • 핵심은 스케일(scale) 임
    인치 단위에서 잘 작동하는 구조가 피트 단위로 커지면 무너짐
    이 구조는 약 33psi 정도의 압력을 버티지만, 발사나무는 100psi 이상을 견딜 수 있음
    다만 이 구조는 압력을 모서리에 집중시킴
    저렴한 고강도 복합소재의 코어로 쓸 수 있을지 궁금함

    • 그렇다면 더 작게 만들면 강도가 커질까?
      미세한 구조들이 모여 생물학적 형태처럼 작동할 수도 있음
    • 직접적인 실용성은 아직 없음
      기사 마지막에 그 이유가 잘 정리되어 있음
      하지만 이런 시도 자체가 이미 상위 0.1%의 여정임
      지금은 그 긴 여정의 초입 단계일 뿐이며, 언젠가 이 경험이 다른 형태로 결실을 맺을 것임

  • 예전에 IKEA 책상 상판을 잘라봤는데, 안쪽이 골판지로 채워져 있었음
    전단력에는 약하지만, 수직 하중에는 충분했음
    다만 옆면의 강성이 사라지면 쉽게 부서짐
    이 구조도 Z축 방향에는 강하지만, 측면 하중에는 약할 것 같음

    • 집안의 대부분 속이 빈 문(hollow-core door) 도 같은 방식으로 만들어짐
    • 이런 구조는 책상에는 부적합함
      몇 년 지나면 휘어지기 쉬움
      IKEA의 “SANDSBERG” 식탁은 금속 보강이 되어 있어서 훨씬 나음

  • 3개월 전에도 비슷한 논의가 있었음
    관련 스레드 링크

    • 요약하자면 “14세 소년이 자기 무게의 1만 배를 버티는 종이접기 구조로 2만5천 달러를 수상함”이라는 기사였음

  • 이 구조가 3D 프린팅에서도 하중 분산 특성을 유지할까 궁금함
    적은 재료로도 강한 부품을 만들 수 있을 것 같음

    • 이미 그런 개념이 있음
      바로 infill 패턴으로, 다양한 강도와 특성을 가진 여러 변형이 존재함

  • 이상적인 패턴이 무엇인지, 그리고 그걸로 쉼터(shelter) 를 어떻게 만들 수 있을지 궁금함
    놀이용 집을 만들어보면 재미있을 것 같음

  • 이런 구조가 많은 무게를 버티는 걸 보면 정말 흥미로움
    예전에 Lego Masters에서 두 엔지니어가 만든 레고 다리가 떠오름
    관련 영상

    • 그런데 내 지역에서는 영상이 지오블록(geo-block) 되어 있어서 볼 수 없었음

  • 전체적으로 보면 달걀판(egg carton) 같은 형태임
    빈 달걀판이 50g이라면, 그 위에 500kg을 올릴 수 있다는 말이니 꽤 인상적임

  • 삼각형 구조는 언제나 강함의 기본 단위임

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