신재생 에너지가 주목받는 현대 사회는 이들의 간헐성 및 불안정성 문제 해결을 위해 에너지 저장 기술(ESS)의 중요성이 급증하고 있다. 특히 대규모 압축 공기 에너지 저장 시스템(CAES)에서 유량을 정밀하게 조절하는 밸브는 시스템 효율과 안정성을 좌우하는 핵심 부품이다. 그러나 기존 기계식 밸브는 단순성, 정밀성 그리고 소형화 및 확장성에서 근본적 한계를 가지고 있어, 이를 극복할 수 있는 음의 푸아송 비(NPR) 특성을 활용한 혁신적인 오세틱 밸브(Auxetic Valve) 개발을 목표로 한다.
본 연구는 오세틱 구조 기반 유량 조절 장치 개발을 위해 설계 및 검증, 하드웨어 제작, 시스템 통합의 3단계로 진행되었다. Re-entrant, Chiral 등 후보 오세틱 구조를 선정하고 ANSYS MAPDL을 활용한 유한요소해석을 통해 피로 안정성과 반응 민감도를 평가하여 최적 구조를 확정했다. 최적화된 구조를 TPU 95A로 SLS 방식 3D 프린팅 제작하고 맞춤형 카트리지를 또한 PLA로 FFF 방식 프린팅하고 리니어 액추에이터와 주사기를 조합한 유압 구동 장치를 개발하고 아두이노 기반 자동화 제어 시스템을 구축했다. 마지막으로 각 구성요소를 통합하여 완전한 프로토타입을 제작하고 제어 신호에 따른 유량 조절 성능의 선형성과 재현성을 검증했다.
본 과제를 통해 개발된 이중관 유압 방식의 오세틱 밸브는 높은 실용성과 시장 잠재력을 보유한 혁신 기술이다. 이 기술의 중요성은 정밀하고 반복할 수 있는 유량 제어 능력에 있다. 이는 미세유체공학, 정밀 의료기기, 소프트 로보틱스와 같은 첨단 산업 분야에서 높은 실용성을 가진다. 이러한 높은 실용성은 가격 대비 성능을 경쟁력으로 내세워 상당한 규모 미세유체공학 시장을 공략할 수 있다.