ER유체 / MR유체란?

스펀지에 방송탄김에, ER유체/MR유체가 무엇인지 썰을 풀어볼까 합니다.


ER유체란 Electro-rheological Fluid 라고 하는 것으로,
기름에 입자를 섞은 물질입니다.

스펀지에 나온대로 식용유에 전분가루를 타도 멋진 ER유체를 만들 수 있습니다.만..
실용적으로 사용하기는 무리겠죠.

현재 ER유체는 상용화된 것이 없습니다.
이유는? 입자와 기름은 서로 비중이 다릅니다. 보통 입자가 비중이 더 높고,
따라서 그냥 두면 입자가 가라앉아버립니다.

이와같이 자동차의 댐퍼에 적용을 하려고 연구를 하고 있는데요.
(저희 연구실에서 주력으로 연구하고 있는 분야중 하나입니다.
저 댐퍼도 제가 조립을 했지요.)

ER유체가 그냥 두면 입자들이 가라앉아버리기 때문에 만든지 일주일만 되어도 제대로 사용할 수 없게 됩니다.
이 문제를 해결하여 ER유체의 상용화에 성공한다면?
몇대가 놀고먹을 수 있는 떼돈을 벌 수 있습니다.


그러면, 대체 ER유체란게 무엇일까요?

이것이 ER유체입니다.
스펀지에서 내보낸 저 그래픽화면은 ER유체에 대한 화면인데, MR유체의 소개로 잘못 나왔네요.

ER유체는 평상시에는 액체인 oil의 성질을 가지고 있습니다.
일반 기름과 똑같습니다.
그러나, 위 그림처럼 전압을 가하게 되면 입자들이 배열하여 체인을 형성하게 됩니다.
액체인 oil은 저 체인사이에 갇히게 되고, 배열된 입자의 힘으로 인해 마치 고체와 같이 변하게 되는 것입니다.
그래서 힘을 주어도 그 힘에 저항을 할 수 있습니다.

전문적인 말로 하면, 유체의 점성이 증가한다고 합니다.

저희 교수님의 말씀처럼, 자동차나 항공기 등에 사용이 가능한데요.
어떤 원리로 사용할 수 있을까요?

위에 사용했던 그림을 다시 보시죠.

일반적으로 자동차의 댐퍼에는 oil이 들어가 있습니다.

개발새발 그려봤습니다.

이것이 일반적인 댐퍼의 구조입니다.

피스톤이 상하운동을 할 때, 안에 있는 오일이 피스톤의 구멍을 통과하게 됩니다.
좁은 구멍을 오일이 통과하게 되니 힘을 받게 되겠죠.
이런 원리로 작동하는 것이 자동차, 자전거 기타등등에 들어가는 댐퍼입니다.

그런데, 이 댐퍼에 oil 대신 ER유체를 넣고 구조를 살짝 바꾸면 어떻게 될까요?

또 개발새발 그려봤습니다. 저희가 만드는 ER댐퍼의 간략화된 구조입니다.
연구실에 이쁘게 그려놓은것들이 많이 있는데, 집에서 그냥 개발새발 그려가며 써보렵니다.

위 그림처럼 피스톤 안의 ER유체가 내측실린더와 외측실린더를 통하며 흐르게 되어있습니다.
왼쪽 반은 피스톤이 올라갈 때, 우측 반은 피스톤이 내려갈 때의 그림입니다.
이때, 내측실린더와 외측실린더 사이에 전압을 걸어주게 되면 확대그림처럼
ER유체가 관 사이에서 굳어버리게 되고, 그렇게 되면 피스톤이 움직이기가 훨씬 힘들어지겠죠.
이런식으로 댐퍼의 힘(댐핑력)을 조절할 수 있습니다.

그럼 이렇게 조절하면 뭐가 좋아질까요?

또 개발새발입니다.
도로의 범프를 빠른속도로 넘어간다고 할 때, 차체의 높이변화입니다.
차체의 높이가 오르락내리락하면 사람은 출렁출렁거리는 느낌을 받겠죠.
빨간색은 일반댐퍼를 사용했을 때입니다.
파란색은 ER댐퍼를 사용해 전압을 제어했을 때입니다.
그래프와 같이, 차체가 범프를 넘자마자 출렁거림이 바로 사라지는걸 볼 수 있습니다.
승차감을 월등히 향상시킬 수 있죠.

또, 평상시에는 세단과같은 부드러움을 느끼고 싶다가,
때로는 스포츠카처럼 질주하고 싶을 때에도 적용할 수 있습니다.
평상시에는 ER유체에 전기장을 가하지 않아서 부드럽게 타다가,
질주하고 싶을때는 전기장을 가해서 댐퍼를 딱딱하게 만들어주는 거죠.

멋지죠?


MR유체는 Magneto-rheological Fluid라고 합니다.
자기장으로 작동시킨다는것 외에는 ER유체와 거의 같습니다.

MR유체는 현재 상용화되어있습니다.
GM캐딜락에 MR댐퍼가 옵션으로 들어갑니다.
옵션 가격은 천만원입니다.
헉; 댐퍼값이 차한대값입니다.
그만한 가치가 있다는 소리겠죠.

스포츠카인 콜벳에도 장착된다고 들었습니다.

그 외에 건물의 지진방지용 댐퍼, 헬리콥터의 로터블레이드댐퍼, 코브라헬기의 기관총댐퍼, 미국 험머 짚차 등등..
많은곳에 대해 개발중이고, 상용화도 되어가고 있습니다.

MR유체는 현재 미국의 LORD라는 회사에서 독점적으로 생산,공급하고 있습니다.
1리터에 70만원이 넘습니다.
허거덩...
아까 위에 ER유체가 상용화가 안되는 이유가 입자가 가라앉기 때문이라고 했지요?
LORD사에서는 MR유체에 이 문제를 해결을 했습니다.
자석으로 영향을 주니, MR유체의 입자가 철가루란건 눈치들 채셨을겁니다.
이 철가루 하나하나에 (하나하나가 나노사이즈입니다..) 특수 화학 코팅을 해서
비중을 oil과 비슷하게 조절을 한 것입니다.
와우! 대단하군요!

LORD사에서 만든 MR유체와 비슷한 성능을 낼 수 있는 MR유체를 개발해서 더 싼값에 판다면,
떼돈벌 수 있겠지요.

그보다도, 상용화 할 수 있는 ER유체를 만들 수 있다면, 정말 떼돈벌 수 있습니다.

왜냐구요?
MR유체를 이용한 장치에는 코일을 감아서 자기장을 줘야하는데,
이게 ER유체를 이용한 장치에 비해서 훨씬 만들기도 어렵고, 해석하기도 어렵기 때문이죠.
ER유체를 이용하면 그냥 철판에 전기만 꽂으면 되니까 정말 간단하거든요~!

단, ER유체는 이미 델파이, GE 등등 내노라하는 기업들이 시도했다가 포기한 분야입니다. (....)

ER유체와 MR유체를 이용한 분야는 아직 미개척지대입니다.
연구가 시작된지 그다지 오래되지 않았기 때문이죠.
아직 남들이 생각하지 못하고 있을 때, ER유체나 MR유체를 이용해
일상생활에서 혁신적으로 사용할 수 있는 장치를 생각해 내보세요~
멋진 미래가 기다리고 있을겁니다~


ER유체/MR유체에 대해 더 궁금한게 있으신분은 댓글 남겨주세요~
http://www.lord.com/
MR유체를 생산하는 회사인 LORD사의 홈페이지입니다.
MR유체의 응용분야들이 자세히 설명되어 있습니다.
(물론 영어입니다.)