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생물에서 발견되는 경이로운 기술들
: 나비 날개의 광흡수, 소금쟁이의 부양성, 생물학적 배터리
(From Wonders of Nature to Wonders of Technology)
CEH

   살아있는 생물체들은 설계공학자처럼 여러 가지 물리적 문제들을 해결해 왔다. 발명가들은 이제서야 우리의 조잡하고 오염을 만들어 내는 과거의 방식에서 벗어나, 친환경적일 뿐만 아니라 더욱 효과적이고 발전된 기술로써 우리의 기술발전을 선도할 수 있는 방법을 이해하고 있는 중이다. 최근에 떠오른 스타는 두 곤충과 한 박테리아이다.

1. 나비 날개의 경이로운 광흡수 기술. Science Daily 지는 ”나비 날개의 흑색 예술”이 녹색연료의 생산을 증대시킬 수 있을 것이라고 보도했다. 그들이 ‘흑인 예술’이 아닌 ‘흑색 예술’로 부른 사실에 주목하자. 그것은 순전히 물리적이다: 몇몇 나비 종의 날개에 있는 세포배열은 가능한 흑색의 빛이 흑색으로 보이게 빛을 흡수하도록 설계되었다는 것이다. 이러한 관측은 연료 효율성을 높일 수 있다고 그 논문은 말하고 있었다 :

”나비의 날개는 자연에서 관찰되는 가장 섬세한 구조로 간주될 수 있을 것 같다. 그러나 그것은 연구자들에게 미래의 녹색연료로써, 물과 태양빛으로부터 수소가스의 생산을 배가시키는 신기술의 개발에 대한 강력한 영감을 주고 있다.” 

미국화학회의 모임에서, 통시앙 팡(Tongxiang Fang)은 청중들에게 ‘연료전지(fuel cells)의 문제는 빛을 모으는 효율성에 있다’고 말했다.

”우리는 이러한 문제의 해결이 우리 눈앞에서 펄럭거리며 수천만 년 동안 존재해 왔음을 깨달았다”고 팡(Fang)은 말했다. ”그것은 맞았다. 검정 나비의 날개는 천연 태양광 수집기(natural solar collector)로 연구와 모방의 가치가 있는 것으로 나타났다”.

팡과 그의 동료들은 수천만 년 동안 나비를 관찰해온 것이 아니다. 그들은 비단나비(birdwing butterfly)와 무늬박이제비나비(Red Helen, Papilio helenus)가 추운 계절에 보온을 위해 자신의 슈퍼 검정날개를 이용하고 있다는 사실을 깨달은 것이다. 이것은 나비의 날개 위에 떨어진 빛이 전혀 소실되지 않음을 뜻한다. 그런데 연구자들이 '놀라움”의 탄성을 지른 것은, 연구팀이 나비 날개의 검정색이 멜라닌(melanin, 색소)으로 부터가 아니라, 날개 인분(scales)의 구조적 배열에서 비롯된다는 것을 깨달았을 때였다. 나비는 주형(template)으로써 날개를 사용하여, 최대 생산을 위해 그 구조를 일종의 과자절단기 모양(cookie-cutter shape)을 만들어 냈고, 태양전지에서 사용되는 촉매제의 물분해 능력을 효과적으로 증가시키고 있었던 것이다.

”이러한 결과는 재생 가능한 에너지 물질의 제조에 있어 대자연의 정교한 창조 능력을 모방할 필요가 있는 새로운 전략을 보여주고 있다. 자연에서 배워야한다는 개념은 폭 넓게 확대될 수 있고, 따라서 기술적으로 도달하지 못한 태양열 건축물, 지속가능한 에너지원으로써 태양에너지 개발의 설계 등 폭 넓은 식견을 줄 수 있다”고 팡(Fang)은 결론지었다. 

2. 소금쟁이의 방법으로 배를 띠울 수 있을까? 1파운드의 배가 1,000파운드의 화물을 실을 수 있을까? PhysOrg 지의 논문에 따르면, 이 같은 놀라운 일은 소금쟁이(water striders)를 연구함으로써 가능한 영역이 되고 있다는 것이다. 소금쟁이는 물위를 걸을 수 있다. 그들의 특화된 발패드(footpad)는 물 표면에서 피부처럼 단지 잔물결을 만들어낼 뿐이다. 헬싱키 대학의 연구자들은 세상에서 가장 가벼운 고형성분의 하나를 지닌 곤충의 기술과 에오로겔(aerogel, 연기 같은 모양 때문에 '고체연기”로 부름)을 결합하여, 해양 유출 기름의 제거를 위한 환경오염 탐지 센서, 소형 군용 로봇, 심지어 아이들 장난감, 그리고 초부양성 해안 부표 등과 같은 물건 제조시 도움이 되는 방안을 찾고 있는 중이다.

그들의 발견은 또한 미국화학회(American Chemical Society, ACS)의 심포지엄에서도 발표되었다. 생체모방공학(biomimetics)이 그 모임의 중심 주제였다 : ”그 심포지엄은 생체모방공학이라 불리는 떠오르는 새로운 분야에 초점을 맞추고 있었으며, 거기에서 과학자들은 문자 그대로 대자연에서 영감을 얻고, 의학, 산업, 다른 분야에서 이용될 동식물의 생물학적 시스템들을 알아보고 적용하기위한 것이다”. 미국화학회는 세계에서 가장 큰 과학 학회이다.

심지어 에어로겔 그 자체도 식물의 셀룰로오스(cellulose, 섬유소)에서 온 것이다. 만약 당신이 면내의를 입고 있거나, 혹은 종이를 사용하고 있다면, 당신은 셀룰로오스에 친숙한 것이다. 그러나 나노-셀룰로오스(nano-cellulose)는 완전히 새로운 시대를 열어가고 있는데, 심포지엄 주최측에 의하면, 그 주제에 대하여 12개의 논문이 발표되었다는 것이다 :

”우리는 황금기를 맞이하고 있다. 생물학적 시스템에서 셀룰로오스의 형태와 기능을 보다 분명하게 이해함으로써, 보다 향상된 재료의 진보를 진행 중에 있다”고 해리 브루머(Harry Brumer, 밴쿠버 브리티시 콜롬비아대학 마이클 스미스 연구소) 박사는 말했다. ”셀룰로오스에 기초한 생체모방 기술과 생체의학적 재료에 대한 이 분야의 발표는 정말로 시기적절하다. 왜냐하면, 생체접합물질에서 셀룰로오스의 사용, 특히 나노-규모의 셀룰로오스 이용은 지속가능하고 점증하는 관심분야이기 때문이다”.

이칼라(Ikkala)는 ”셀룰로오스는 지구에서 가장 풍부한 폴리머(polymer)이고, 재생 가능하고 지속 가능한 원료이어서, 수많은 새로운 방법으로 이용될 수 있다. 또한 하이테크 스펀섬유(spun fibers)와 필름과 같이, 나노-셀룰로오스는 금속과 유사한 향상된 구조적 재료를 약속해준다”고 설명했다.

이제 화석연료, 석유, 금속 등은 안녕이다. 우리 주변의 온 천지는 식량, 유용성, 가격에 영향을 주지 않고, 우리의 삶을 향상시킬 수 있는, 과거에는 결코 꿈꿀 수 없었던, 새로운 가능성을 약속해주는 생물학적 폴리머들이 널려있는 것이다.

3. 박테리아의 생물학적 배터리. 만약 외과의사가 수술 후에 전기 배터리를 당신의 몸 안에 남겨두고 봉합을 했다면, 당신은 장난감 토끼처럼 오래 견디지 못하고, 심각한 건강 위험에 처하게 될 것이다. 그렇지만 미래 언젠가에는, 외과의사들이 박테리아에서 발견된 생물학적 효소로 만들어진 배터리를 당신의 몸 안에 남겨두고 의도적으로 봉합하는 날이 올 수도 있을 것이다. PhysOrg 지의 한 기사는 ”자연의 십억 년 된 배터리가 에너지 저장의 열쇠이다”라는 제목으로 보도하면서, 진화론자들은 이 효소가 광합성에 포함되어, 장구한 시간 동안 존재해왔다고 언급하고 있었다. ”빛은 이 효소에 의해서 전하분리(charge separation)가 유도되고, 마치 배터리처럼 한 쪽 끝은 음전하를 띠게 되고, 다른 쪽 끝은 양전하를 띠게 된다.”

만약 콘코디아 대학(Concordia University) 연구팀이 이 효소의 조절에 성공한다면, 발명가들은 생물학적 배터리를 만들 수 있을 것인데, 그것은 그 전지의 구성요소가 모두 천연재료이기 때문에, 독성 화학물질들에 의한 어떠한 유해한 효과 없이, 내부적으로 당신의 중요한 생명징후(vital signs)들을 모니터링 할 수 있다. 그러한 연구를 이끌게 한 힘 중 하나는, 그러한 재료는 ”탄소 중립적이고 태양, 이산화탄소, 물 등 자연의 풍부한 자원을 이용한다”는 것이다. ”연구자들은 보다 지속적인 인공 에너지전환 시스템의 개발을 위해 자연 배터리를 이용하고 있는 중”이라고 그 논문은 설명하였다.
 
물리학 분야에서, 세계적으로 유명한 창조과학자 중 한사람인 제임스 맥스웰(James Clerk Maxwell)의 기여를 주목해 보자. 그의 유명한 ‘맥스웰의 방정식(Maxwell’s Equation)’은 빛이 스스로 구부러지는 것이 가능한지(실제로 구부러진다)에 대한 질문에 하나의 새로운 해결책을 주었다. 이것은 미래 언젠가 우리가 구석에서도 볼 수 있다는 것을 의미하는가? ”이 심오한 발견은 파동과 같이 행동을 하는 많은 것들을 백화점에서 구할 수도 있을 것”이라는 PhysOrg 지의 특종기사를 또한 읽어보라.

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당신은 세계에서 가장 큰 학회인 미국화학회가 주장하는 것을 주목했는가? 그들은 과학적 탐구에서 지적설계에 기초한 생체모방 기술에 신바람이 나있었다. 그들이 진화론의 미래에 대해서 말하고 있는 것은 무엇인가? 진화론은 강요된 불임, 대량학살, 전체주의 제도 외에 사회적 가치가 있는 것들을 만들어낸 적이 없는, 쓸모없는 구시대의 신화가 아닌가? 그렇다. 만약 우리가 구시대적 신화(진화론)의 손아귀에서 벗어나 우리 자신을 구해낼 수 있다면, 그리고 참된 과학(익숙했었던 일)으로 되돌아가 제임스 맥스웰의 뒤를 따라 하나님의 관점을 생각한다면, 황금시대는 오고 있다. 물리학자였던 제임스 주울(James Joule)의 말은 그 점에 있어 보석이었다. 그리고 새로운 생체모방공학의 시대에 읽을 만한 가치가 있는 글이다.

 

출처 : CEH, 2012. 4. 22.
URL : http://crev.info/2012/04/from-wonders-of-nature-tech/
번역자 : 문흥규

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