하니콤 구조

바닥에 타일을 깔 때를 떠올려보면, 원 모양 타일은 서로 맞닿아도 사이사이에 빈틈이 생겨 바닥이 그대로 드러나요. 평면을 빈틈 하나 없이 완벽하게 메울 수 있는 정다각형은 오직 정삼각형, 정사각형, 정육각형 세 가지뿐이에요.

그렇다면 왜 하필 육각형일까요? 같은 양의 꿀(넓이)을 담는 방을 만들 때, 정삼각형이나 정사각형은 둘레의 길이가 길어져 방을 만드는 벽 재료가 많이 필요해요. 꿀벌에게 밀랍은 몸에서 직접 분비해야 해서 만드는 데 많은 에너지(꿀)가 드는 귀한 재료예요.

평면을 빈틈없이 채우는 도형 중에서는 정육각형이 같은 넓이를 가장 짧은 둘레로 만들 수 있어요(원은 둘레가 더 짧지만 빈틈이 생겨요). 꿀벌은 복잡한 계산 없이도 진화를 통해 가장 적은 건축 자재로 가장 넓은 저장 공간을 확보하는 비밀을 찾아낸 셈이에요.

하니콤 구조의 진짜 마법은 가벼우면서도 상상 이상으로 튼튼하다는 점에 있어요. 물건을 튼튼하게 만들려고 속을 꽉 채우면 무게가 너무 무거워져요. 하지만 하니콤 구조는 속의 대부분이 텅 빈 공기층인데도 무거운 무게를 거뜬히 지탱해요.

비결은 세로로 서 있는 얇은 벽들에 있어요. 위아래(칸이 뚫린 방향)에서 강한 압력이 가해지면, 수많은 얇은 벽이 힘을 나눠 받으며 기둥처럼 버텨요. 또 판과 판 사이에 끼우면 두 면판을 멀리 떼어 놓아 잘 휘지 않게 해줘요.

마치 여러 사람이 무거운 짐을 나누어 드는 것처럼, 여러 벽이 하중을 함께 받아 찌그러짐을 막아주는 거예요. 속은 비어 있어 깃털처럼 가볍지만, 면판 사이에 끼운 샌드위치 패널로 쓰면 같은 무게의 꽉 찬 판보다 훨씬 잘 휘지 않아요.

조금 더 정확히 말하면, 현대 공학에서는 육각형 벌집 심재의 양쪽에 얇은 판을 붙인 '샌드위치 패널' 방식을 널리 사용해요. 판과 판 사이에 하니콤 구조를 넣으면 구부러지거나 휘어지는 힘에 매우 강해져요.

이 덕분에 무게를 줄이는 것이 생명인 항공우주 분야에서 하니콤 구조는 널리 쓰여요. 인공위성의 구조 패널, 비행기의 바닥재와 조종면, 로켓의 페어링 등 곳곳에서 이 벌집 모양을 찾을 수 있어요. 구조물은 아니지만, 육각형은 넓은 면을 거의 빈틈없이 나누는 데도 유리해서 제임스 웹 우주망원경의 황금빛 주거울도 육각형 조각 18장을 이어 붙여 만들었죠.

자연의 디자인을 관찰해 첨단 공학 기술에 응용하는 것을 생체 모방 기술(Biomimicry)이라고 불러요. 작은 꿀벌의 생존 지혜가 우주 탐사선과 비행기의 무게를 줄여주는 중요한 경량 부재가 되어주고 있어요.