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물질이 조각나거나 구겨지는 과정을 연구하면 재료의 성능을 높일 수 있습니다. 배터리를 구성하는 재료를 만들 때 미세하게 구겨지는 구조를 효과적으로 배열해 성능을 높이는 것이 대표적인 예라고 할 수 있죠. 

최근 무질서한 것으로 여겨졌던 종이의 구겨짐 현상을 수학적으로 예측하는 모형을 개발한 연구가 나왔습니다. 크리스 리크러프트 미국 하버드대학교 공학 및 응용과학대학 교수팀이 얇은 종이가 구겨질 때 나타나는 물리적 에너지를 수치화하는 통계학적 수학 모형을 만들어 구겨질 때 발생하는 전체 주름의 길이를 예측하는 데 성공한 것입니다. 

물질의 구겨짐 현상은 물리학에서 말하는 충돌과 마찰 현상을 사용해 설명해왔는데요. 연구팀은 가로와 세로가 각 10cm인 종이를 지름이 3cm인 원통에 둥글게 말아서 넣은 다음 원통의 한쪽 끝에서 힘을 줘 구겨짐 현상을 반복 실험했습니다. 이때 나타나는 물리적 값들의 시간에 따른 변화량을 통계적으로 분석했고, 그 변화량을 일반화할 수 있는 방정식을 찾은 겁니다. 

연구팀은 이 방정식을 적용한 수학 모형으로 종이가 구겨지는 현상을 분석했습니다. 그 결과 종이가 구겨질 때 나타나는 주름은 다른 주름이 발생하는 것을 최소화하는 방향으로 생성되는 경향이 있다는 것을 확인했습니다. 

연구를 주도한 조바나 안드레예비치 하버드대학교 공학 및 응용과학대학 연구원은 “재료의 구조적 성질을 연구하거나 화산활동으로 지각이 조각나는 과정을 연구하는 등 다양한 분야에 이번 모형을 적용할 수 있을 것”이라고 말했습니다. 이번 연구결과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스’ 3월 5일 자에 발표됐습니다.