생체모방

옷에 들러붙은 도꼬마리나 우엉 같은 가시 열매를 떼어내다 귀찮았던 적이 누구나 한 번쯤 있을 거예요.

스위스의 한 기술자는 산책 후 옷에 잔뜩 붙은 우엉(버독) 열매를 현미경으로 관찰했어요. 열매 끝에 달린 무수한 미세 갈고리가 옷감 올을 꽉 쥐고 있는 모습을 발견했죠. 이 원리를 그대로 본떠 탄생한 발명품이 바로 우리가 운동화나 가방에서 매일 쓰는 찍찍이 테이프(벨크로)예요.

물총새의 길쭉하고 날렵한 부리 모양은 일본 고속열차 신칸센(500계)의 앞부분에 적용되었어요. 열차가 터널에 들어갈 때 앞쪽에서 압축된 공기가 출구에서 터지듯 빠져나가며 나던 굉음(터널 붐, 터널 미기압파)을 크게 줄였답니다. 주변 생물들의 생김새에는 오랜 진화를 거쳐 환경에 잘 맞게 다듬어진 해답이 담겨 있는 셈이에요.

조금 더 정확히 말하면, 생체모방은 생물의 겉모습을 단순히 베끼는 미술이 아니라 작동하는 물리와 화학적 원리를 구현하는 공학이에요.

예를 들어 물방울이 또르르 굴러떨어지는 연잎의 비밀은 매끄러움이 아니에요. 전자현미경으로 확대해 보면 연잎 표면에는 수~수십 마이크로미터 크기의 돌기들이 빽빽하게 돋아 있고, 그 위를 나노(10억 분의 1미터) 크기의 왁스 결정이 다시 덮고 있는 이중 구조예요. 이 미세 구조 덕분에 물방울이 표면에 퍼지지 못하고 동그랗게 뭉쳐 먼지를 쓸어가며 굴러가요.

과학자들은 이 '연잎 효과'의 구조를 본떠 물이 잘 스며들지 않고 먼지가 빗물에 쉽게 씻겨 나가는 자가세정 페인트와 유리 코팅 기술을 만들어냈어요. 생물이 가진 구조의 원리를 미세 구조 수준에서 분석해 새로운 첨단 신소재를 탄생시키는 것이죠.

인간이 오랫동안 고민해 온 까다로운 기술 난제들에 대해, 자연에는 오랜 진화 속에서 다듬어진, 참고할 만한 해법이 많아요.

비가 거의 오지 않는 나미브 사막의 거저리(딱정벌레)는 새벽 안개 속에서 수분을 모아 입으로 흘려보내는 독특한 등껍질 구조를 가졌어요. 이 원리는 안개에서 물을 더 효율적으로 모으는 그물망과 표면 소재 연구에 영감을 주었어요. 또 상어 비늘의 미세한 홈 구조를 본뜬 패턴은 세균이 달라붙어 군집을 이루는 것을 줄여 주어, 병원 표면용 필름 등에 응용되고 있어요.

자연의 생물들은 주어진 환경 속에서 적은 에너지와 주변 재료로 살아가도록 오랜 시간 다듬어져 왔어요. 그래서 생체모방은 지속 가능한 기술 개발에 유용한 영감을 주고 있어요. 다만 생체모방 기술이라고 해서 저절로 친환경인 것은 아니에요.