생체모방 공학은 자연에서 영감을 받아 자연에서 발견되는 원리를 오랜 시간 동안의 관찰을 통해 알게 된 원리와 구조를 인류의 문명의 문제점을 해결하는데 적용하는 혁신적인 기술입니다 자연의 구조와 원리는 알면 알수록 효율적인 시스템과 구조를 이루고 있습니다 예를 들어 동물의 움직임, 식물의 성장, 미생물의 생존 전략 등은 모두 인간의 삶 속에 적용할 수 있는 해결책을 제공하고 있으며 인공지능, 기계공학, 생체공학등의 해결점을 제시하고 있습니다
생체모방 공학은 단순히 자연의 회형을 모방하는 것이 아니라 자연이 사용하는 원리와 메커니즘을 이해하고 적용하는데 중점을 두고 있습니다
이 글에서는 생체모방 공학의 적용사례들인 벨크로, 벌집구조의 건축구조, 거미줄을 이용한 재료, 인공태양광, 잠자리 눈의 구조를 모방한 기술들을 알아보고 미래의 생체모방공학의 방향에 대해서 알아보겠습니다
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찍찍이(벨크로)
우리가 주로 의류에서 단추대용으로 사용하는 일명 '찍찍이'라 불리는 벨크로(velcro)는 식물의 씨앗이 동물의 털에 달라붙은 현상을 모방한 것입니다 좀 더 구체적으로는 찍찍이는 우엉 씨앗에서 발견되었는데 우엉 씨앗은 표면에 수많은 작은 갈고리 모양의 구조로 되어있습니다 이 구조는 동물의 털에 걸리거나 사람의 옷에 부착되면 떨어지지 않는 원리는 이용한 것입니다
이 원리를 개발한 사람은 1940년대 스위스의 엔지니어 조르주 드 메스 트랄입니다 그는 산책을 하다가 우엉 씨앗이 데리고 산책하던 애완견의 털에 붙는 모습을 보고 이를 연구하기 시작하였고 씨앗에 달린 작은 갈고리들이 어떻게 털에 단단히 고정되는지 분석하면서 이 원리를 텍스타일(직물)에 적용할 수 있는지를 고민하다가 발명하게 되었습니다
벨크로는 매우 다양한 곳에 사용되는데 대표적으로 의류 분야에서 많이 사용되며 의료분야에서는 수술용 드레싱 등에도 사용되며 우주선의 장비를 고정시키는 용도로도 사용되고 다양한 기계 부품을 고정시킬 때도 사용됩니다 벨크로는 생체모방공학의 대표적인 성공 사례로 자연에서 얻은 영감을 어떻게 혁신적인 기술로 바꿀 수 있는지 잘 보여주는 예시입니다
벌집 구조와 효율적인 건축
육각형 모양의 벌집은 자연에서 가장 효율적인 공간 활용의 예로 널리 알려져 있습니다 육각형은 수학적으로 매우 효율적인 형태로 최소한의 재료로 최대의 공간을 만들어냅니다
예를 들어 원이나 사각형을 채울 때는 빈 공간이 발생하지만 육각형은 다른 육각형과 완벽하게 맞물려 채울 수 있어 여백을 최소화합니다 또한 육각형의 셀은 각각의 셀이 다른 셀들과 연결되어 있는 튼튼한 구조를 이룹니다 또한 벌집은 왁스를 사용하여 만들어지는데 왁스는 매우 가벼우면서도 강력하고 내구성이 뛰어난 재료라고 합니다 이와 같은 구조는 건축 및 디자인 분야에 영감을 주어 보다 효율적인 건축 자재와 공간 배치를 가능하게 했습니다 실제로 현대의 많은 건축물들은 벌집 구조와 같은 원리를 적용하여 설계되고 있습니다
거미줄을 이용한 재료과학
거미줄은 한 가닥이 강철보다도 강도가 높다고 합니다 또한 동시에 유연하여 쉽게 끊어지지 않고 큰 압력이나 충격을 흡수할 수 있다고 합니다 또한 매우 가볍고 항균성질을 가지고 있어서 거미줄의 특성을 인공적으로 재현하여 여러 분야에 접목하려는 연구를 많이 하였다고 합니다
의료분야;
거미줄은 생체 적합성이 매우 높아 인체와 접촉했을 때 거부반응이 일어나지 않는다고 합니다 이러한 성질을 활용하여 수술 후 봉합하는 재료로 사용되고 있습니다
또한 거미줄을 모방해서 만든 합성 실크는 체내에 들어가면 자연스럽게 분해되며 시간이 지나면서 조직의 재생을 돕는 역할도 한다고 합니다 그래서 인공혈관이나 조직을 만들 때 사용된다고 합니다
의류산업;
거미줄은 나노크기의 미세한 패턴을 가지고 있어 이를 활용하여 흡습성과 통기성을 동시에 가진 방수의류, 방탄복, 고강도 운동복, 경량 재킷등에서 활용된다고 합니다
잠자리의 눈의 구조
잠자리의 눈은 수천 개의 렌즈로 구성되어 있어서 한 번에 360도의 방향을 거의 다 볼 수 있다고 합니다 또한 높은 해상도를 가지고 있어서 주변의 미세한 변화까지도 감지할 수 있으며 빠르게 움직이는 물체를 보는데도 뛰어나다고 합니다
이러한 잠자리 눈의 특성을 연구하여 드론, 자율주행차등에 적용시키고 있습니다
특히 드론은 360도의 시야를 확보하여 자율 비행을 보다 안정적으로 할 수 있으며 자율주행차는 360도의 센서 시스템을 적용하여 사각지대까지도 세밀하게 파악하고 보다 안전한 운행을 가능하게 합니다
인공 태양광
자연의 식물들이 태양의 빛을 이용하여 이산화탄소와 물을 이용하여 산소를 생성하는 과정을 모방하여 태양광을 이용해 물과 이산화탄소를 화학적으로 변환하여 유기화합물을 만들어내고 청정에너지를 인공적으로 만들어내는 기술입니다
이러한 기술을 이용하여 이산화탄소를 감소시키고 기존의 화석연료와 달리 co2배출이 없는 에너지를 생산할 수 있으므로 기후 문제를 해결하는 중요한 역할을 할 수가 있습니다
결론
생체모방공학은 자연이 품고 있는 원리를 연구하여 인간의 기술에 적용하여 문제점을 해결하는 아주 중요한 분야입니다 이러한 자연의 원리를 연구하여 적용할 때 인류의 모든 기술은 자연친화적이 될 수 있고 자연과 더불어 공존하는 방법을 알아갈수있습니다
지금까지 인류는 자연을 희생시키는 무분별한 기술을 사용하였지만 앞으로는 자연을 더욱 깊이 연구해나가면서 서로에게 윈윈이 되는 기술을 향해서 나아가야겠습니다