KR102231057B1 - 재생성이 용이한 자동차 표면의 생체모방 인공구조물 생성 시스템 및 방법 - Google Patents

재생성이 용이한 자동차 표면의 생체모방 인공구조물 생성 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

자동차 표면에 생물체 처럼 재생성이 용이한 인공구조물을 생성시켜 공기의 저항을 감소시킴으로써 자동차의 연비를 높일 수 있는 시스템 및 방법이 제공된다. 본 발명의 실시예에 따른 생체모방 인공구조물 생성 시스템은 자동차의 표면을 코팅제로 코팅하는 코팅부; 및 자동차의 표면을 코팅한 코팅제에 생체모방 인공구조물을 패터닝하는 생성부;를 포함한다.
이에 의해, 기존의 생체모방 필름이나 페인트보다 더 저렴한 재료로 인공구조물을 생성하고, 그 인공구조물이 먼지로 덮이거나 외부 물체에 의해 형상이 변형되는 경우 기존의 인공구조물을 폐기하고 새로운 인공구조물을 재생성하는 방식으로, 저렴한 비용으로 자동차의 연비를 향상시킬 수 있게 된다.

Description

재생성이 용이한 자동차 표면의 생체모방 인공구조물 생성 시스템 및 방법{System and Method for Creating Biomimetic Artificial Structure on Automobile Surfaces with Easy Recreation}
본 발명은 생체모방 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자동차 연비를 향상시키기 위해 생체모방 인공구조물을 자동차 표면에 생성하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
생체모방은 자연계의 생물을 흉내 내어 인간에게 유용한 기술을 개발하는 것을 의미한다.
물속에서 최대 50 km/h로 움직이는 상어는 매우 빠르게 움직이기 위해 몸통 모양은 유선형이다. 상어의 피부는 물의 저항을 적게 받기 위해 직관적으로 매끈한 표면으로 예상되지만, 실제 상어 피부는 도 1에 도시된 바와 같이 10~100 um(마이크로미터) 정도의 작은 돌기로 온통 뒤덮여 있어 손으로 상어 피부를 만지면 사포 같은 거칠한 촉감이 느껴진다.
상어의 울퉁불퉁한 피부에 대한 의문을 풀기 위해, 거친 표면에 가해지는 물의 저항을 측정한 결과 놀랍게도 미세 돌기와 물이 충돌하여 생성되는 작은 소용돌이들이, 표면을 흐르고 지나가는 큰 물줄기를 막아주는 코팅제 역할을 해서, 표면 마찰력을 감소시킴으로써 결과적으로 물의 저항을 줄이는 것이 1990년대에 발견되었다.
2008년 베이징 올림픽에서 도 2에 도시된 바와 같이 상어 피부의 미세 돌기를 모방한 수영복을 입은 선수들이 잇달아 세계 신기록을 갈아치우자 기술적 도핑이라는 논란으로 이후 사용 금지 결정이 나올 정도로 상어 피부의 저항 감소 효과가 입증되었다.
그 이후 공기나 물의 저항을 줄일 필요가 있는 자동차, 비행기, 잠수함, 선박 등 다양한 운송 수단의 고효율화를 위해, 상어 피부의 미세돌기 구조는 활발하게 연구되고 있다.
비행기의 공기 저항을 10% 줄이면 연료 절감을 통한 항공사 이익은 40% 늘어난다. 미국의 3M 社는 상어 피부를 인공적으로 구현한 필름으로 캐세이패시픽 社의 항공기 표면을 코팅했다. 한편, 독일의 프라운호퍼연구소는 비행기 날개에 바르면 공기저항을 크게 감소시키는 페인트를 상용화했다. 아시아나 항공의 차세대 여객기 에어버스 A350 XWB의 동체와 날개에 이 페인트가 칠해져 있다.
하지만, 상어 피부의 미세 돌기의 비밀이 밝혀진지 거의 30년이 지난 현재에도 그런 표면 구조를 가지는 자동차가 나오지 않았는데, 이는 경제성과 내구성 문제 때문이다.
항공기에 사용되는 상어 피부를 모방한 필름이나 페인트를 자동차에 적용시키려면 일단 비용이 부담스럽다는 문제가 있다.
사람이 인공적으로 만든 미세 돌기 표면은 손으로 문질러도 형상이 변형되고 먼지가 쌓이면 미세 돌기 표면이 덮여진다. 생물은 끊임없이 피부 표면의 헌 세포를 버리고 새로운 세포가 대체되니 이런 내구성 문제가 발생되지 않는다. 내구성 문제는 생체모방에서 생물의 표면을 모방하는 대부분의 분야에서 발생되고 아직까지 해결되지 않은 어려운 문제이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 자동차 표면에 생물체 처럼 재생성이 용이한 인공구조물을 생성시켜 공기의 저항을 감소시킴으로써 자동차의 연비를 높일 수 있는 시스템 및 방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른, 생체모방 인공구조물 생성 시스템은 자동차의 표면을 코팅제로 코팅하는 코팅부; 및 자동차의 표면을 코팅한 코팅제에 생체모방 인공구조물을 패터닝하는 생성부;를 포함한다.
생체모방 인공구조물은, 자동차의 표면에서 공기 저항을 줄여줄 수 있다.
코팅제에 패터닝된 생체모방 인공구조물은, 상어 피부의 미세 돌기를 모방한 인공구조물일 수 있다.
코팅제에 패터닝된 생체모방 인공구조물은, 자동차의 운행, 오염 및 시간의 경과에 따라 훼손될 수 있다.
코팅제에 패터닝된 생체모방 인공구조물은, 자동차의 세차시 잔량이 모두 제거될 수 있다.
자동차를 자동으로 세차하는 세차부; 세차된 자동차를 건조하는 건조부;를 더 포함하고, 코팅부는, 건조된 자동차의 표면을 코팅제로 코팅할 수 있다.
생성부는, 회전하면서 코팅제에 생체모방 인공구조물을 패터닝할 수 있는 브러쉬일 수 있다.
브러쉬는, 자동 또는 수동으로 회전될 수 있다.
코팅부는, 자동 또는 수동으로 자동차의 표면에 코팅제를 분사할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 자동차의 표면을 코팅제로 코팅하는 단계; 및 자동차의 표면을 코팅한 코팅제에 생체모방 인공구조물을 패터닝하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 생체모방 인공구조물 생성 방법이 제공된다.
본 발명의 또다른 측면에 따르면, 자동차를 자동으로 세차하는 세차부; 세차된 자동차를 건조하는 건조부; 건조된 자동차의 표면을 코팅제로 코팅하는 코팅부; 및 자동차의 표면을 코팅한 코팅제에 생체모방 인공구조물을 패터닝하는 생성부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 생체모방 인공구조물 생성 시스템이 제공된다.
본 발명의 또다른 측면에 따르면, 자동차를 자동으로 세차하는 단계; 세차된 자동차를 건조하는 단계; 건조된 자동차의 표면을 코팅제로 코팅하는 단계; 및 자동차의 표면을 코팅한 코팅제에 생체모방 인공구조물을 패터닝하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 생체모방 인공구조물 생성 방법이 제공된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 기존의 생체모방 필름이나 페인트보다 더 저렴한 재료로 인공구조물을 생성하고, 그 인공구조물이 먼지로 덮이거나 외부 물체에 의해 형상이 변형되는 경우 기존의 인공구조물을 폐기하고 새로운 인공구조물을 재생성하는 방식으로, 저렴한 비용으로 자동차의 연비를 향상시킬 수 있게 된다.
도 1은 상어 피부 돌기의 형상과 상세 구조,
도 2는 상어 피부 모방 전신수영복,
도 3은 상어 피부를 모방한 3M 필름의 평면과 단면,
도 4는 3M 필름 부착한 캐세이퍼시픽 항공기,
도 5는 생체모방 페인트가 칠해진 에어버스 A350 XWB,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차 세차/코팅 시스템의 외관사시도,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차 세차/코팅 시스템의 구성을 나타낸 블럭도, 그리고,
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 자동차 세차/코팅 방법의 설명에 제공되는 흐름도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
본 발명의 실시예에서는 재생성이 용이한 자동차 표면의 생체모방 인공구조물을 생성하는 시스템 및 방법을 제시한다.
생성하는 생체모방 인공구조물은 상어 피부의 미세 돌기를 모방한 인공구조물로, 자동차의 표면에 형성되어, 자동차 표면에서의 공기 저항을 줄여주어, 궁극적으로 자동차의 연비를 향상시켜 준다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차 세차/코팅 시스템의 외관사시도이다. 본 발명의 실시예에 따른 자동차 세차/코팅 시스템은, 차량의 세차/건조 기능과 상어 피부의 미세 돌기를 모방한 인공구조물을 자동차의 표면에 생성하는 기능을 함께 수행한다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 자동차 세차/코팅 시스템은, 현재 널리 사용되고 있는 터널형 자동 세차기와 동일하거나 유사한 형태로 구현할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 자동차 세차/코팅 시스템에 의해 생성되는 상어 피부의 미세 돌기를 모방한 인공구조물은, 자동차의 운행, 오염 및 시간의 경과에 따라 훼손되며, 자동차의 세차시 잔량이 모두 제거된다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 자동차 세차/코팅 시스템에 세차/건조 기능을 더 부가하는 것이다. 자동차는 주기적으로 세차하기 때문에, 세차 후에 상어 피부의 미세 돌기를 모방한 인공구조물을 생성하여, 기존의 필름이나 페인트 방식보다 비용이 저렴하고, 사용과 시간에 따른 훼손에 용이하게 재생성할 수 있도록 한 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차 세차/코팅 시스템의 구성을 나타낸 블럭도이다.
본 발명의 실시예에 따른 자동차 세차/코팅 시스템은, 도시된 바와 같이, 세차부(110), 건조부(120), 제어부(130), 코팅부(140), 생체모방 인공구조물 생성부(150)를 포함한다.
세차부(110)는 시스템의 내부로 입차하는 자동차를 자동으로 세차하기 위한 기구들을 포함하는 구성이다. 건조부(120)는 세차부(110)에 의해 세차가 완료된 자동차를 자동으로 건조하기 위한 기구들을 포함하는 구성이다.
코팅부(140)는 건조부(120)에 의해 건조가 완료된 자동차의 표면을 코팅제로 코팅한다. 코팅부(140)는 왁스나 기타 다른 코팅제를 자동차의 표면에 균일하게 분사한다.
생체모방 인공구조물 생성부(150)는 코팅부(140)에 의해 자동차의 표면을 코팅한 코팅제에 상어 피부의 미세 돌기를 모방한 인공구조물을 패터닝하기 위한 기구들이다.
이를 테면, 생체모방 인공구조물 생성부(150)는 회전하면서 코팅제에 상어 피부의 미세 돌기를 모방한 인공구조물을 패터닝할 수 있는 브러쉬로 구현할 수 있다.
제어부(130)는 세차부(110), 건조부(120), 코팅부(140) 및 생체모방 인공구조물 생성부(150)의 동작을 모니터링하면서, 이들의 동작을 순서에 맞게 순차적으로 제어한다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 자동차 세차/코팅 방법의 설명에 제공되는 흐름도이다.
도시된 바와 같이, 먼저, 자동차 세차/코팅 시스템의 세차부(110)가 내부로 입차하는 자동차를 자동으로 세차하고(S210), 건조부(120)는 S210단계에 의해 세차가 완료된 자동차를 자동으로 건조한다(S220).
이후, 코팅부(140)는 S220단계에서 건조가 완료된 자동차의 표면을 코팅제로 코팅한다(S230).
그리고, 생체모방 인공구조물 생성부(150)는 S230단계에서 자동차의 표면을 코팅한 코팅제에 상어 피부의 미세 돌기를 모방한 인공구조물을 패터닝하여 준다(S240).
지금까지, 자동차의 표면에 상어 피부의 미세 돌기를 모방한 인공구조물을 자동으로 코팅하는 시스템 및 방법에 대해 바람직한 실시예들을 들어 상세히 설명하였다.
본 발명의 실시예들에서는, 자동차 표면에 생물체처럼 재생성이 용이한 인공구조물을 생성시켜 공기의 저항을 감소시킴으로써 자동차의 연비를 높이는 방안을 제시하였다.
구체적으로, 기존의 생체모방 필름이나 페인트보다 더 저렴한 재료로 인공구조물을 생성하고, 그 인공구조물이 먼지로 덮이거나 외부 물체에 의해 형상이 변형되는 경우 기존의 인공구조물을 폐기하고 새로운 인공구조물을 재생성하는 방식으로 기존의 성능을 유지하도록 하였다.
운송 수단 중 비중이 높은 자동차의 고효율화를 위해, 상어 피부와 같은 미세 돌기 구조를 자동차 표면에 적용하려 내구성 문제를 극복하기 위해, 기존 기술과 달리 본 발명의 실시예에서는 인공적인 미세 돌기 구조이지만 생물처럼 헌 것을 버리고 새 것을 취하는 방식을 채택하였다.
위 실시예들에서는, 상어 피부의 미세 돌기를 모방한 인공구조물의 패터닝이 브러쉬 등으로 구현되는 생체모방 인공구조물 생성부(150)에 의해 자동으로 이루어지는 것을 상정하였다. 하지만, 이는 예시적인 것으로 변형이 가능하다. 이를 테면, 자동 브러쉬가 아닌 수동 브러쉬에 의해 수동으로 패터닝이 이루어지도록 하는 것도 가능하다.
나아가, 자동으로 자동차의 표면에 코팅제를 분사하는 코팅부(140) 역시, 수동으로 코팅제를 분사할 수 있는 분사기로 대체될 수 있으며, 그 경우에도 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있다.
한편, 위 실시예에서 제시한 시스템 및 방법은 세차와 건조 기능을 포함하고 있다. 하지만, 세차와 건조 기능을 제외하고, 코팅과 패터닝을 통한 상어 피부의 미세 돌기를 모방한 인공구조물 생성 기능만으로 시스템과 방법을 구성하는 것도 가능하며, 그 경우도 본 발명의 범주에 포함된다.
또한, 위 실시예에서 언급한 상어 피부의 미세 돌기를 모방한 인공구조물은, 생체모방 인공구조물의 일 예에 해당한다. 따라서, 상어 피부의 미세 돌기 이외의 다른 생체를 모방한 인공구조물을 자동차의 표면에 코팅하는 경우에도 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
110 : 세차부
120 : 건조부
130 : 제어부
140 : 코팅부
150 : 생체모방 인공구조물 생성부

Claims (12)

  1. 자동차의 표면을 코팅제로 코팅하는 코팅부; 및
    자동차의 표면을 코팅한 코팅제에 생체모방 인공구조물을 패터닝하는 생성부;를 포함하고,
    생성부는,
    회전하면서 코팅제에 생체모방 인공구조물을 패터닝할 수 있는 브러쉬인 것을 특징으로 하는 생체모방 인공구조물 생성 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    생체모방 인공구조물은,
    자동차의 표면에서 공기 저항을 줄여주는 것을 특징으로 하는 생체모방 인공구조물 생성 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    코팅제에 패터닝된 생체모방 인공구조물은,
    상어 피부의 미세 돌기를 모방한 인공구조물인 것을 특징으로 하는 생체모방 인공구조물 생성 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    코팅제에 패터닝된 생체모방 인공구조물은,
    자동차의 운행, 오염 및 시간의 경과에 따라 훼손되는 것을 특징으로 하는 생체모방 인공구조물 생성 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    코팅제에 패터닝된 생체모방 인공구조물은,
    자동차의 세차시 잔량이 모두 제거되는 것을 특징으로 하는 생체모방 인공구조물 생성 시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    자동차를 자동으로 세차하는 세차부;
    세차된 자동차를 건조하는 건조부;를 더 포함하고,
    코팅부는,
    건조된 자동차의 표면을 코팅제로 코팅하는 것을 특징으로 하는 생체모방 인공구조물 생성 시스템.
  7. 삭제
  8. 청구항 1에 있어서,
    브러쉬는,
    자동 또는 수동으로 회전되는 것을 특징으로 하는 생체모방 인공구조물 생성 시스템.
  9. 청구항 1에 있어서,
    코팅부는,
    자동 또는 수동으로 자동차의 표면에 코팅제를 분사하는 것을 특징으로 하는 생체모방 인공구조물 생성 시스템.
  10. 자동차의 표면을 코팅제로 코팅하는 단계; 및
    자동차의 표면을 코팅한 코팅제에 생체모방 인공구조물을 패터닝하는 단계;를 포함하고,
    패터닝 단계는,
    회전하면서 코팅제에 생체모방 인공구조물을 패터닝할 수 있는 브러쉬를 이용하여, 생체모방 인공구조물을 패터닝하는 것을 특징으로 하는 생체모방 인공구조물 생성 방법.
  11. 자동차를 자동으로 세차하는 세차부;
    세차된 자동차를 건조하는 건조부;
    건조된 자동차의 표면을 코팅제로 코팅하는 코팅부; 및
    자동차의 표면을 코팅한 코팅제에 생체모방 인공구조물을 패터닝하는 생성부;를 포함하고,
    생성부는,
    회전하면서 코팅제에 생체모방 인공구조물을 패터닝할 수 있는 브러쉬인 것을 특징으로 하는 생체모방 인공구조물 생성 시스템.
  12. 자동차를 자동으로 세차하는 단계;
    세차된 자동차를 건조하는 단계;
    건조된 자동차의 표면을 코팅제로 코팅하는 단계; 및
    자동차의 표면을 코팅한 코팅제에 생체모방 인공구조물을 패터닝하는 단계;를 포함하고,
    패터닝 단계는,
    회전하면서 코팅제에 생체모방 인공구조물을 패터닝할 수 있는 브러쉬를 이용하여, 생체모방 인공구조물을 패터닝하는 것을 특징으로 하는 생체모방 인공구조물 생성 방법.
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