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교육용 활용 사례

3D 프린팅은 실무 학습과 밝은 미래를 의미합니다.

실험실과 교실에서 3D 프린팅을 사용함으로써 오늘날의 연구자와 미래의 과학자, 엔지니어, 설계자는 세계적인 과제를 해결해 나가고 있습니다.

Objet 3D 프린팅으로 고대 인류 진화의 비밀을 밝히다.

최근, Zurich University 인류학 연구소는 출생 시(화석 연대 50,000년 전)의 네안데르탈인 두뇌의 크기를 조사하던 중, 인류 진화의 역사를 밝혀 줄 새로운 통찰을 발견하였습니다. Christoph P. E. Zollikofer 박사팀은 Mezmaiskaya 동굴(러시아 크리미아)에서 발견된 신생아의 유골 및 Dederiyeh 동굴(시리아)에서 발견된 두 영아의 유골에서 ‘네안데르탈인의 산부인과학’과 두뇌 성장의 패턴, 인류 생명 역사의 진화에 대한 새로운 견해를 획득했습니다. 이러한 놀라운 발견은 Tabun 동굴(이스라엘)에서 발견된 여성 네안데르탈인 골반 조각(1930년대 초반 Dorothy Garrod가 발견)에 컴퓨터 재구성 기법을 사용하여 더욱 심도 있게 연구되었습니다. Zollikofer 교수와 Marcia Ponce de Le 박사는 스캔 영상을 시뮬레이션하고 영아의 유골과 ‘Tabun 여성’의 유골을 디지털로 합성하여 여성 네안데르탈인에 대한 해결의 실마리를 찾아냈습니다.

Zurich University 인류학 연구소에서 실시한 이 연구에 Objet의 PolyJet™ 기술이 사용되었습니다. Zollikofer 교수팀은 Eden250™의 3D 프린팅 시스템을 보유하고 있어 3D 모델링을 사용하여 네안데르탈인 두뇌 크기의 진화에 대한 연구 결과를 더욱 발전시킬 수 있었습니다.

고정밀 프린팅을 제공하는 유일한 솔루션인 Objet

Zollikofer 교수는 2005년 Tokyo University에서 Objet 시스템을 처음 접했습니다. 이 대학 박물관의 Gen Suwa 교수가 자신이 보유하고 있던 Eden™ 시스템을 사용하여 인류학 유물과 3D 프린팅을 조합하는 방법을 Zollikofer 교수에게 보여준 것입니다. “연구소 내에 반드시 필요한 기술이었습니다. 이를 통한 장점은 너무나 명확했습니다.” Zollikofer 교수는 그렇게 회상했습니다.

당시 Tokyo University 연구팀(마이크로 CT 기술 도입)은 이 시스템을 사용하여 인류 화석에서 발견된 치아를 스캔 및 확대하고 치아의 차이와 진화를 분류 및 표시할 수 있었습니다. Zollikofer 교수는 “이처럼 분명하고도 단적인 활용 사례를 통해 연구소내에 Objet이 필요하다는 확신이 들었습니다.”라고 말했습니다. 다른 기술도 있었지만 Objet은 그의 요구 사항을 모두 충족시킬 수 있는 최고의 기술이었습니다. “발견된 실제 화석을 최대한 가깝게 복제할 수 있는 매우 정밀한 파트가 필요했습니다. 학술적인 연구에서는 화석 유골을 정확하게 복제해 내지 않으면 안 됩니다. Object은 이런 능력을 갖춘 유일한 솔루션이었습니다.”

뿐만 아니라, 제한된 예산으로 인해 Objet의 수지 카트리지가 선정에 큰 역할을 했습니다. Zollikofer 교수는 “예산 제약을 받는 경우가 빈번합니다. 카트리지 형태로 제공되어, 필요에 따라 재료를 구매하고 필요치 않은 재료에는 크게 투자하지 않아도 됩니다.”라고 말했습니다.

Zollikofer 교수는 Eden250을 사용하여 출생 시 두뇌의 크기에 대해 더 잘 알게 되었습니다. 러시아 Mezmaiskaya 동굴에서 발견된 네안데르탈인 유골 화석 ‘Dederiyeh 1’은 흥미롭게도 출생 후 1주 정도로 추정되는 영아의 것이었습니다. Zollikofer 교수는 “네안데르탈인 영아의 두뇌 화석은 정말 대단한 발견이었습니다. 이를 통해 기존의 조사 결과를 수정하고 이 시기의 두뇌 발달에 대한 이해도를 높일 수 있었습니다. 이 유물이 발견되기 전까지는 좀 더 자란 영아의 두뇌 밖에 없어서 신생아의 뇌의 모양은 오직 추측에 의존할 수 밖에 없었습니다.”라고 설명습니다. 치아 구조와 두개골의 크기, 측정된 두뇌 크기 모두 네안데르탈인의 두뇌 진화 과정을 알려주는 중요한 단서였습니다. 그러나, 이러한 유물의 가치만큼이나 해결해야 할 과제도 언제나 존재합니다.

“수백 개 퍼즐 조각을 발견했는데 이 모든 퍼즐 조각을 한 면에 재구성해야 한다고 상상해 보십시오. 게다가 수년 간 이어진 발굴과 시간의 경과로 인해 발생한 변형도 감안해야 합니다. 그래야 비로소 큰 퍼즐 하나가 완성되는 것입니다.”라고 Zollikofer 교수는 덧붙였습니다. 실제로 그렇습니다. Dederiyeh 동굴의 발굴 작업은 15년간 계속되었습니다. 발굴된 조각을 모두 모아 “Dederiyeh 1”이라는 두개골을 완성하기까지 또 다시 몇 년이 걸렸습니다. Zollikofer 교수는 발굴한 화석을 마이크로 CT기술로 스캐닝한 후 대학에서 자체 개발한 ‘Form It’이라는 소프트웨어를 사용하여 다양한 네안데르탈인 두뇌를 디지털로 재구성할 수 있었습니다. “화석을 재구성한 후 퍼즐을 컴퓨터 화면으로 보는 것도 쉽지 않습니다. 우리는 CT로 촬영한 조각을 Objet 시스템으로 프린팅하면 퍼즐을 이해하기가 휠씬 더 쉬워진다는 사실을 발견했습니다.”라고 Zollikofer 교수가 말했습니다.

Objet은 연구소 내에서 ‘품질 관리’라고 부르는 업무 외에 다른 용도로 사용됩니다. 올바른 구성으로 모든 화석을 배치할 수 있도록 조각을 프린팅하는 것입니다. Objet의 또 다른 인류학 응용 분야로 ‘비침습적 복제’라는 것이 있습니다. 화석은 대단히 귀중합니다. 희귀성과 깨지기 쉬운 특성 때문에, 발굴된 후에는 극도의 주의를 기울여 보존처리됩니다. Zollikofer 교수는 화석을 스캐닝한 후, 실리콘 성형에 사용할 수 있도록 Objet 시스템을 사용하여 조각을 프린팅합니다. “깨지기 쉬운 화석 두개골을 사용하여 성형을 할 수는 없습니다. 화석의 가치가 너무 크기 때문입니다. 그러나 스캐닝 기술을 이용하면 실리콘 성형에 복제품을 사용할 수 있습니다. Objet의 높은 정확도와 세밀한 디테일이 원품을 완벽하게 재현해냅니다. 이를 통해 이전에는 불가능했던 실험도 할 수 있게 되었습니다.”라고 Zollikofer 교수는 설명했습니다.

새로운 발견의 원동력

그게 전부가 아닙니다. Objet 기술을 사용하면 새로운 발견도 가능합니다. Zollikofer 교수가 ‘Real Virtuality(실제 가상)’이라고 이름 붙인 스캐닝 기술은 육안으로는 보이지 않는 뼛속의 모습을 보여줍니다. 내부 구조를 밝히기 위해 원래 화석을 훼손할 수는 없습니다. 그러나 화석을 스캔한 다음 외부 층을 디지털 방식으로 제거할 수는 있습니다. 그 결과를 프린팅하면 새로운 사실을 발견할 수 있습니다. 이 대학에서 실시한 연구에서는 이 기술을 사용하여 치근과 내이강에 대한 이해도를 높일 수 있었습니다. 프린팅 전에 모델을 확대하는 기능도 새로운 사실을 밝히고 더욱 발전시키는 데 도움이 됩니다.

이 모든 사실도 관심 있는 대중에게 보일 수 없다면 가치가 퇴색하기 마련입니다. Zollikofer 교수는 “이는 사소하지만 매우 중요한 문제”라며 “Objet으로 복제한 화석은 전 세계의 전시회와 박물관에 전시할 수 있습니다. 희귀하고 깨지기 쉬워 조각을 쉽게 이동할 수 없기 때문에 원래 화석으로는 불가능합니다.”라고 말했습니다.

Objet 기술은 소통과 비침습적 복제 기능, ‘Real Virtuality’ 및 전시 기능을 통해, 과거를 연구하는 고고학자들이 첨단 기술을 사용하여 과거를 더 잘 이해할 수 있도록 합니다. Zollikofer 교수는 “Objet의 3D 프린팅 기술을 통해 네안데르탈인의 두뇌 크기 진화를 더 잘 이해할 수 있게 되었습니다.”라고 말했습니다.

향후 계획…

앞으로의 계획은? Zurich University 인류학 연구소와 Objet은 현재 다음 프로젝트를 준비 중입니다. ‘Mezmaiskaya’에서 발견한 모든 것을 ‘Tabun Lady’의 골반 내부에 프린팅하는 것입니다. Zollikofer 교수는 “‘Tabun Lady’의 골반에 ‘Mezmaiskaya’의 화석까지 전부 3D로 프린팅하는 것은 이번이 처음입니다. Objet과의 이번 공동 프로젝트에 큰 기대를 하고 있으며, 전 세계적으로 전시할 계획입니다.”라고 말했습니다.

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