Magical metals, how shape memory alloys work - Ainissa Ramirez

마법의 금속, 형상 기억 합금은 어떻게 작동할까 - 애이니사 라미레즈(Ainissa Ramirez)

번역: Gemma Lee 검토: K Bang

오늘 우리는 이상한 물질에 관해 얘기할거에요.

Today we're talking about weird materials

that we use in space, in robots and in your mouth.

우주에서, 로보트에서 또 여러분 입속에 쓰는 물질이죠.

저는 형상 기억 합금을 얘기하는 겁니다.

I'm talking about shape memory alloys.

이름이 말하는 대로,

Like the name says,

서로 다른 형상을 기억하는 금속이죠.

these are metals that remember different shapes.

이들 금속이 어떻게 작용하는지 알려면,

To understand how these metals work,

원자와 구성에 관해 설명해야 합니다.

we've got to talk about atoms and organizing.

Let's talk about atoms first.

먼저 원자에 대해 얘기해보죠.

원자는 물질의 아주 작은 요소로서 눈으로는 볼 수 없어요.

Atoms are tiny bits of matter that you cannot see with your eye

하지만 여러분이 앉아 있는 의자에서 부터 휴대전화에 이르기까지

yet they make up everything in our world,

from the chair that you're sitting on to your cell phone.

세상에 있는 모든 물건을 구성하고 있어요.

Atoms have some surprising ways of behaving too.

원자는 깜짝 놀랄 만한 행동도 합니다.

We'll talk about that shortly.

거기에 관해선 좀 있다 얘기할게요.

Now, how big is an atom?

그럼, 원자는 얼마나 클까요?

Well, imagine pulling one of your hairs out of your head

어, 머리에서 머리카락 한 올을 뽑는다고 상상해보세요.

and whittling it like a stick 100,000 times.

그 한 올을 막대처럼 10만 번 깎아냅니다.

One of those shavings would be the width of an atom.

그렇게 깎아낸 부스러기 가운데 하나가 원자의 너비가 되겠죠.

They're that small.

원자는 그렇게 작습니다.

Now let's talk about atoms and organizing.

이제 원자와 구성에 관해 얘기해봐요.

You may not know this, but atoms arrange themselves

여러분이 모를 수도 있는데, 원자는 스스로 배열합니다.

similar to the way we humans arrange ourselves.

사람들이 스스로 배열하는 것과 비슷합니다.

Sometimes they sit in rows, like we do

때로는 한 줄로 앉습니다.

on a bus or an airplane.

우리가 버스나 비행기에서 앉는 것처럼 말이죠.

We call that seating arrangement a phase.

그런 자리 배치를 상이라고 부릅니다.

Other times they sit diagonal from each other,

어떤 때는 엇갈리게 앉아요.

sort of like seats in a movie theater or sports stadium.

영화관이나 경기장에 있는 자리처럼요.

This is another phase.

이것은 또 다른 상입니다.

When atoms move from one seating to another

원자가 한 자리에서 다른 자리로 옮기는 것을

this is called a phase change.

상변화라고 부릅니다.

Phase changes are all around us.

상변화는 우리 주변에서도 볼 수 있어요.

You may already know about water's phases:

여러분은 물의 상변화에 관해 이미 알고 있어요.

solid, liquid and gas.

고체, 액체 그리고 기체.

Many other materials have phases like that too.

다른 많은 물질들도 물처럼 여러가지 상을 갖고 있어요.

그들 일부는 몇 가지 고체 상을 가집니다.

Some of them have several solid phases.

좋아요. 앞서 말했던 형상 기억 합금으로 돌아가보죠.

OK. Back to those shape memory alloys we mentioned before.

금속이 다른 형상을 기억한다고 말할 때는

When we say that the metals remember their different shapes,

what we're really saying is they remember different seating arrangements

우리가 정말 얘기하려는 바는 원자의 자리 배열을

금속이 기억한다는 거죠. 원자가 배열을 달리 하면,

of atoms. When the atoms rearrange,

the metal moves from one shape to another.

금속은 형태가 달라집니다.

Let's look at a phase change in action.

상변화가 일어나는 것을 봅시다.

여기 니켈과 티타늄으로 만든 금속선이 있어요.

Here I have a metal wire that is made out of nickel and titanium.

이 금속선은 형상 기억 합금이고,

This metal wire is a shape memory alloy,

and I'm going to make it switch between its different shapes

이제부터 이 금속선을 다른 모양으로 바꿔 볼게요.

using heat from a lighter.

라이터에서 나온 열을 써서 말이죠.

Watch this.

이걸 보세요.

I'm going to wrap this wire around my finger

이 선을 제 손가락에 감아요.

and then heat it.

그 다음에 열을 가합니다.

Amazing!

놀랍죠!

That wire returns to a straight line, when I heat it.

금속선에 열을 가하면 직선으로 돌아갑니다.

다시 해볼까요.

Let's try that again.

I'm going to wrap it around my finger, and heat it.

선을 손가락에 감은 뒤 열을 가합니다.

예, 여전히 놀랍군요.

Yep, that's still amazing.

Not only is it amazing, this is weird,

놀라울 뿐 아니라, 기이하죠.

because metals generally don't do that.

금속은 보통 그렇게 하지 않으니까요.

Here's a paper clip. When I heat it, I get nothing.

여기 종이 클립이 있는데, 열을 가해도 아무일도 안 일어나요.

What we're seeing is the shape memory wire changing phases when it gets hot.

우리가 여기서 보는 건 형상 기억 합금이 열을 받으면 상변화가 일어나는 거죠.

선이 차가워지면 원자들은 앞서 얘기했던

When the wire is cold, atoms are in a diagonal arrangement,

like the movie theater seating, we talked about before.

영화관 자리처럼 엇갈리게 배열합니다.

We call this a monoclinic arrangement,

우리는 이걸 단사정계열 배열이라 부르고,

과학자들은 이 상태를 마르텐사이트(martinsite)라 부르죠.

and scientists will call this phase martensite.

선을 따뜻하게 만들면,

When I heated up the wire,

the atoms moved into columns like airplane seating.

원자들은 비행기의 자리처럼 배열합니다.

This is a cubic arrangement.

이것은 입체 배열입니다.

Scientists will call this phase austenite.

과학자들은 이 상태를 오스테나이트라 부릅니다.

So when we added the heat, the atoms shifted positions seamlessly,

열을 가하면 원자들은 매끄럽게 자리를 바꾸고,

and they'll do this forever.

이런 일을 영원히 계속할 겁니다.

They have this coordinated motion, just like members of a tireless marching band.

원자들은 지치지 않고 행진하는 악단원처럼 조율된 움직임을 보입니다.

원자 하나하나가 자리를 조금 옮길 뿐인데

Each makes a small shift, but all together those small shifts

create a totally different pattern.

다 합하면 아주 다른 모양을 만들어내죠.

정말 멋지죠. 그런데 우리는 이런 물질을 어디에 쓸까요?

So that's pretty cool, but where do we use these materials?

Well, if you look in the sky tonight,

글쎄요, 여러분이 오늘밤 하늘을 바라보면,

shape memory alloys are at work -

형상 기억 합금이 화성에서 일하고 있을 거에요.

on Mars. They're used to move panels on the Mars rover,

화성탐사선에서 패널을 움직이는데 형상 기억 합금을 씁니다.

so that it can study the environment.

그래서 화성의 환경을 연구할 수 있죠.

금속이 따뜻해지면 직선으로 펴지듯이,

Like our metal straightened when it was heated,

the metals holding the panels will move when electrically heated.

전기로 열을 가하면 패널을 감싸고 있는 금속이 움직이겠죠.

When we stop heating the shape memory metal,

형상 기억 합금에 열을 가하지 않으면,

the panel will return back, due to an opposing spring.

패널은 반대쪽에 있는 용수철 때문에 제자리로 돌아갈 거에요.

Back on Earth, shape memory alloys are used to open up clogged arteries

지구에서는 막힌 동맥을 여는데 형상 기억 합금을 씁니다.

as stents, which are small collapsible springs

접을 수 있는 작은 용수철같은 스텐트가

that force open passages.

통로를 열게 만들죠.

Shape memory alloys are also used to move robots,

형상 기억 합금은 로보트를 움직이는데도 씁니다.

toy butterflies, teeth in braces, and for a perfect fit every time,

장난감 나비, 치아 교정기, 틈을 꼭 맞춰야 하는 경우처럼요.

shape memory wires are used as underwires in bras.

형상 기억 철사는 브래지어에도 쓰입니다.

Now you know Victoria's secret.

이제 여러분은 "빅토리아의 비밀"을 아시겠죠.

By popping a bra into the dryer, it'll be brand new every time.

브래지어를 건조기에 탁 넣기만 하면, 매번 새 것처럼 될 거에요.

그래서 화성이든, 여러분 입속이든, 작은 원자 운동은

So whether it's on Mars or in your mouth, small atomic movements

can create huge changes,

큰 변화를 일으킬 수 있고,

and understanding the way atoms behave

원자가 어떻게 움직이는지 알면

allows us to make materials that make our world a better place.

우리가 사는 세상을 더 나은 곳으로 만들 수 있는 물질을 만들 수 있어요.