그러나 우리에게는 한 하나님 곧 아버지가 계시니 만물이 그에게서 났고 우리도 그를 위하며 또한 한 주 예수 그리스도께서 계시니 만물이 그로 말미암고 우리도 그로 말미암았느니라 [고린도전서 8:6]
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개, 올빼미, 딱정벌레를 모방하라
: 생체모방공학은 우리의 삶을 증진시킬 것이다.
(Make Like a Dog, Owl, or Beetle
: How Biomimetics Will Improve Our Lives)
CEH

   의학 및 공학 분야에서 매우 획기적인 발전이 가까이 다가오고 있다. 최근 생체모방공학(biomimetics) 분야에서 일어나고 있는 14가지의 매우 고무적인 이야기를 소개한다.

개 바이러스로부터 인간 백신의 획기적 발전 : Medical Xpress 지는 당신이 강아지를 예뻐해야 할 또 다른 이유를 발표했다. ”흔한 개 바이러스(canine virus)가 사람의 치명적 질병들에 대한 새로운 백신 개발을 이끌 수 있다”고 표제는 시작하고 있었다. ”조지아 대학의 연구자들은 개에서 흔히 발견되는 바이러스가 차세대 인간 백신 개발의 혁신적인 토대로 기능할 것임을 발견했다”. 그 바이러스는 인체에서 질병을 일으키지 않기 때문에, 인간의 면역계에 도달되기 어려운 곳에 백신을 전달하는 벡터(운반체, vector)로 사용될 수 있다. ”이러한 시도는 백신의 희석이나, 약화 및 병원균의 사용이 불필요하기 때문에 백신의 완전한 노출을 보장할 뿐만 아니라 훨씬 더 안전하다”는 것이다.  

올빼미처럼 무소음 비행 날개를 만들라 : Scinece Daily 지는 깃털을 펼치고 침묵의 비행을 하는 큰 올빼미(owls)의 아름다운 사진과 함께 멋있는 이야기를 전하고 있었다. 올빼미의 특별한 깃털은 소음을 감소시키고, ”무소음의 스텔스 사냥”을 가능하게 한다고 그 논문은 밝혔다. 그것이 바로 영국 캠브리지 대학의 연구자들이 올빼미의 날개구조를 보다 잘 이해하기위한 연구를 하는 이유이다. 올빼미의 날개 구조는 소음을 줄여서 기존의 항공기 설계에 응용할 수 있다는 것이다. 공항 근처에 살면서 비행기 소음으로 고통당했던 주민들이 기뻐할 소식이다. 놀랍게도, 이것에 관하여 알려진 것이 거의 없다는 것이다. ”어떻게 올빼미가 이 방음의 스텔스를 수행하는지는 누구도 모르고 있었다. 이러한 발견을 하게 된 동기는 올빼미 깃털과 비둘기 같은 시끄러운 새들의 깃털을 생리적으로 비교함으로서 이루어졌다”. 이것은 순수한 연구 동기를 부여하는 생체모방공학의 좋은 사례가 되고 있다. 비행기의 날개는 소용돌이 회오리 바람을 만들기 때문에 시끄럽다.

그러나 올빼미는 그들의 침묵비행 능력에 기여한다고 생각되는 세 가지 이상의 독특한 물리적 특성을 가지고 있다 : 날개의 전연(leading edge)을 따라 나있는 뻣뻣한 깃털 빗(a comb of stiff feathers), 날개 위의 부드러운 솜털 물질, 그리고 날개의 후연(trailing edge, 뒷전)의 유연한 술(flexible fringe) 등이다. 현재, 이것들이 단독으로 소음 감소의 근본 원인이 되는지, 혹은 조합으로 기여하는지는 모르는 상태이다.

유용한 소음 : 소음(noise)이 실제로 기계를 움직이는 에너지가 될 수 있다는 것이다. Science Daily 지는 어떻게 세포의 분자 기계들이 열운동(thermal motion)의 소음을 유용한 일로 이용할 수 있는지에 관심을 가지고 있는 베를린 자유대학(Free University of Berlin) 연구팀을 소개했다. 만약 지적으로 설계되었다면, 무작위적 변동(fluctuations)은 귀찮은 것이 되지 않는다. ”이러한 소음은 에너지의 한 원천이며, 어떤 일을 수행하기 위해 소음을 활용하는 것은, 자연이 어떤 경우에서 가능할 수 있음을 보여주는 하나의 전형적인 사례가 되고 있다”. 어떤 일방향 톱니바퀴 장치(ratcheting device)의 설계로, 소음은 수소 분자로 하여금 수소보다 1천만 조(ten million trillion) 배 더 큰 질량의 지렛대를 움직이도록 만든다.

생분해되는 실크 스캐너 : 질병을 검사하기 위해 당신의 몸속에 이식될 수 있는 생분해성 실크로 만들어진 소형 거울을 상상해 보라. 그것은 인체에 무해하게 용해되어 없어지기 때문에, 더 이상의 관리가 필요 없다. Science Daily 지는 터프(Tufts) 대학의 연구결과를 보도하고 있었다. 그리고 그것이 놀라움의 전부가 아니다 : ”몸속에 이식 가능한 실크 광학 다기능 임무: 용해성 미세 거울은 이미지, 열처리, 약물 운반과 모니터링을 향상시킨다.” 여기에서 중요한 시사점은 ”그것이 환경친화적 일회용 사용이라는 것이며, 재흡수 장치는 종양과 같은 관심 있는 부분을 이미지화 할 수 있어서, 필요한 치료에 응용할 수 있고, 치료과정(진행사항)을 모니터링 할 수 있다”는 것이라고 한 연구자는 설명했다.

딱정벌레처럼 대기 중에서 물을 얻는 방법 : 대기로부터 물병에 물을 채우는 일이 가능할 수 있을까? 1년에 단지 13mm만 비가 내리는 매우 건조한 지역에 살고 있는 나미부 사막의 딱정벌레(beetles)는 이러한 비법을 수행할 수 있다. PhyOrg 지는, ”생체모방기술은 지속 가능한 기술에 대한 영감을 자연으로부터 얻는 것으로 정의되며, 한 젊은 벤처 기업이 나미브 사막의 딱정벌레를 모방하여, 저절로 물이 채워지는 물병 시제품을 만들어 생체모방기술의 대열에 합류했다”고 쓰고 있었다. 이것이 정말일까? 물을 채우는 데에 오랜 시간이 걸리는 것은 아닐까? 아니다. ”그 제품은 딱정벌레처럼, 공기로부터 물을 모아서 물병을 채울 수 있다”고 그들은 말했다. ”그들의 자가 충전 물병은 매시간 마다 3리터를 채울 수 있다고 말한다”. 그것은 사막에서 도보 여행자(hiker)에 필요한 물을 충분히 공급할 수 있을 것이다. 그 회사는 신기술에 대한 검증 절차에 들어갔는데, 오래잖아 시장에 나올 것으로 기대했다. 그것이 전부는 아니다. 그들은 다음과 같은 항목에서 전 세계 시장을 생각하고 있었다 : 가정용 제습기의 개량, 군사작전을 위한 휴대용 물, 식물 생장을 위한 온실의 수분 공급, 제 3세계 국가에서 식수 공급 등이다.

물고기 인도자 : 이것은 물고기에게 득이 되도록 물고기를 모방하는 생체모방공학의 한 새로운 방식이다. Science Daily 지는 소리를 내며 움직이는 제브라 물고기의 꼬리를 모방한 로봇 물고기에 관한 뉴욕 폴리텍 대학의 연구를 보도했다. 그들은 이 ”생체 영감된 로봇이 결국 위험에 빠진 살아있는 동물이나 해양생물을 안내할 수 있을지를 시험 중에 있다”는 것이다.  

눈처럼 빠른 화면 : 당신의 눈이 얼마나 빠르게 밝음과 어두움 사이에서 적응할 수 있는지 생각해본 적이 있는가? 당신의 스마트폰이나 태블릿 화면이 계속 보일 수 있다면 좋지 않겠는가? Science Daily 지는 ”수학은 휴대폰과 태블릿 화면이 밝은 곳에서 그늘진 곳으로 이동될 때 눈의 적응 능력에 도움을 준다”고 말하고 있었다. 이것은 눈(eye)이 어떤 좋은 수학을 알고 있음을 암시하는 것처럼 보인다. 그 새로운 유동(흐름) 기술은 게임에서 보안까지 애플리케이션에 ”엄청난 혜택”을 제공할 수 있을 것이다. 워릭대학(University of Warwick)의 연구원들은 ”단순하게 태양이 구름 뒤에서 움직이는 것처럼, 현실 세계에서 유례없이 빠르게 변화하는 빛의 세기에 대처하는 우리 자신의 눈의 능력에 필적하는 HDR(High Dynamic Range) 비디오를 발전시켜 왔다.”

크리스마스에 우아한 먹장어 가운을 그녀에게 선물하라 : 구역질난다고 말하지 말라 : ”나일론, 케블라, 기타 합성직물은 옆으로 비켜라. 만약 새로운 과학적 연구가 완성되면, 미래에 사람들은 먹장어(hagfish)로 불리는 생물체에서 유래된 역겨운, 초강력 점액(super-strong slime)으로 만들어진 섬유제품의 스포츠 셔츠, 블라우스, 다른 의류 등을 입게 될 것이다”. 믿거나 말거나 이다. Science Daily 지는 ”미래의 천연직물의 모델로서 먹장어의 점액(Hagfish Slime)”을 소개하고 있었다. 분명 먹장어는 수초 안에 다량의 점액을 만들 수 있는데, 그것은 미래의 소재로써 거미줄과 경쟁하고 있다. ”그 점액은 수 만의 매우 강한 미세한 실들로 구성되어 있는데, 각각은 사람의 머리카락보다 100배나 더 얇다”고 그 논문은 밝혔다. 여자 친구는 그것이 어디에서 왔는지 알 필요가 없을 것이다.

제2의 피부 같은 직물 : 보호를 위해 피부보다 더 섬세한 것이 있을 수 있을까? 그것은 숨을 쉬고, 냉각되고, 습기를 흡수하거나 방출하여 조절한다. 아담과 이브 같은 사람을 위해 만들지 않았지만, 애머스트 대학과 다른 연구소의 연구자들은 의류계에 혜택을 줄 수 있는 ”제2의 피부(second skin)” 직물을 개발하고 있었다. PhysOrg 지는 그것이 미래의 군복에 크게 기여할 것이라고 말했다. 그것은 화학적 생물학적 인자들을 격퇴하는 나노튜브에 기초한 직물로써 안락함과 보호기능 모두를 제공할 수 있다는 것이다. 국방 예산으로 지원해야할 분야가 생겼다.

연구자들은 그 직물이 외부제어 시스템의 필요 없이 환경위협 하에 반응하여 고도 통기성의 상태에서 보호기능 상태로 가역적으로 전환할 수 있다고 말했다. 보호기능 상태에서, 그 균일한 소재는 좋은 통기성을 유지하면서 화학적 위협을 차단할 것이다. ”그러한 균질성은 환경에 반응하는 똑똑한 제2의 피부가 될 것 같다”고 프란체스코(Francesco Fornasiero)는 말했다.

말미잘을 이용한 곤충기피제 : 말미잘(sea anemones)이 곤충기피제(insect repellants) 개발에 영감을 줄 것이라고 어느 누가 생각했겠는가? 말미잘은 강력한 독소(toxin)를 만들어낸다고 벨기에의 과학자들의 조사결과를 Science Daily 지는 보도하고 있었다. 독소는 친구인가 혹은 적인가? 이러한 독소를 더 많이 이해하면 할수록, 그것은 적이 아닌 친구가 될 수 있다고, 연구의 공동 저자는 말했다. 그 논문은 가능한 유익함을 이렇게 설명했다. ”이러한 독소는 통증과 염증을 중재하는 이온 채널을 무력화시키기 때문에, 고통, 심장장애, 간질과 발작장애, 그리고 다발성 경화증과 같은 면역질환에 사용할 수 있는 약물 개발에 박차를 가할 수 있다”는 것이다.

거미집을 이용한 곤충기피제 : 곤충기피제로 재료 물질만이 이야기되고 있지만, 거미집(spider web)을 보여주는 것만으로도 곤충을 겁나게 하여 쫒아내기에 충분할 수 있다는 것이다. Live Science 지는 오하이오 마이애미 대학의 연구결과를 보도했는데, 연구자들은 거미줄이 그 지역에 자연적으로 생기지 않음에도, 거미줄이 곤충에 의해 탐지되었을 때, 현장에서 식물 피해가 상당히 감소됨을 발견했다. 자연 물질로도 곤충을 쫒아낼 수 있다면, 왜 사람들은 인공적으로 살충제를 합성하여 뿌려대는 것일까?

DNA 조립 이야기 : 크기(scale)를 늘려보자. 그것은 장난감 블록, 루빅 큐브, 또는 장난감 우주선처럼 보이지만, DNA로 만들어진 것이다. Science 지는 하버드대학 연구팀이 마음대로 여러 가지 형태로 정렬할 수 있는 DNA 단편 조각으로 만들어진 레고와 같은 구조물 그림을 보여주었다. 그 이유는 무엇일까? 아이들에게는 미안하지만, ”그 방법은 생물물리학, 의학, 나노전자공학에 응용 가능한, 초정밀 손님분자(guest molecules) 배치를 위한 접속가능 주형으로 기능할 수 있는 복잡한 자가 조립되는 (3D) 나노구조로 가는 새로운 길을 열었다”는 것이다.
 
벌침 의학 : ”꿀벌(honeybees)은 계속 우리를 놀라게 한다”고 PhysOrg 지의 논문은 시작하고 있었다. 이제, ”꿀벌의 침(봉침)은 천연마취제를 포함하고 있다”. 자연이 이미 생산하고 있는 것을 왜 다시 발명하려고 할까? 왜냐하면 벌침의 마취는 인간과 동물에 무독하기 때문이다. ”이 천연물질은 의학과 수의학에 수많은 적용 가능성이 있는 것처럼 보인다”.

딱정벌레가 주는 또 하나의 영감 : Sciene Daily 지는 테네시 대학의 연구자들이 물매암이(whirligig beetle) 딱정벌레를 모방하기를 원한다고 보도했다. 왜일까? ”그 종의 추진력 효율성은 동물계에 있는 측정된 추진력 발생장치 중에서 가장 효율적인 것 중 하나라고 문헌에서 주장되어 왔다”고 연구자는 말했다. 그 딱정벌레는 ”수륙양용 자동차와 로봇의 개발을 위한 에너지 효율성 추진 메커니즘의 개발에 영감”을 준다는 것이다. 그 딱정벌레의 비밀은 고속카메라가 세 쌍의 다리 각각이 서로 다른 기능을 한다는 것을 발견할 때까지 미스터리로 내려왔었다. 연구자인 장민정(Mingjung Zhang)은 ”나는 자연이 어떻게 이 작은 생물체에 이러한 일을 수행했는지 항상 놀라고 있다”고 말했다.

장의 연구팀은 공학 분야의 영감을 얻기 위해 자연을 살펴보고 있다. 물매암이 딱정벌레의 움직임을 연구함으로써, 그 팀은 자연의 원리를 수영하고 다이빙하는 생물 영감된 로봇에 응용하고 있는 중이다. 그는 2011년도에 수상한 '젊은 연구자 프로그램'을 통해 해군연구소를 위해 로봇을 디자인하고 있다. 그 상으로 그는 매년 170,000$을 지원받고 있다.   

학생들은 보고 있는가? 로봇은 멋이 있을 뿐만 아니라, 생체모방공학을 통해 돈이 되고 있다.  

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생체모방공학이 과학 분야에서 가장 뜨거운 관심 분야로 대두되고 있음은 분명하다. 진화가 이러한 발전에 기여한 것이 어떤 것이라도 있는가? 전혀 없다. 그 이야기의 대부분은 진화라는 단어조차 사용하지 않았다. 언급을 했을 때라도, 특히 다윈주의와 같은 진화론은 이 이야기에서 전혀 중요하지 않은 것이었다. 여기에 DNA 레고에 관한 이야기에서 사용된 진화 단어의 예가 있다 : ”DNA 나노기술은 1980년대 씨이만(Seeman)의 주기적 DNA 격자와 생물전자 장치를 만들기위한 부동의 DNA 연결을 이용하는 선구자적 아이디어에서 진화되었다.” 두말할 필요도 없이 그것은 진화론이 아니다. 그것은 지적설계(intelligent design)인 것이다.

우리가 이러한 소식을 즐겨 보도하는 것처럼, 독자들이 좋은 과학의 이러한 진실된 사례들을 즐기시기를 희망한다. 생체모방공학은 진화론의 어두운 시대로부터 과학을 벗어나게 하며, 모든 사람에게 혜택이 돌아갈 수 있는 영감되고 흥미롭고 유용한 연구의 황금시대를 열고 있는 것이다. 과거에 그러했던 것처럼, 과학의 위대한 각성에 동기를 부여하고 격려하기 위해서 이러한 이야기들을 사용하라. 자연의 이해는 세상 사람들에게 유익을 주기 위한 것이다.

 

출처 : CEH, 2012. 11. 30.
URL : http://crev.info/2012/11/how-biomimetics-will-improve-our-lives/
번역자 : 문흥규

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30. 식물은 사회적 통신망으로 소통하고 있다. (Plants Have Social Networks)
31. 식물의 자외선 탐지기는 진화될 수 없었다. (Plant UV Detectors Could Not Have Evolved)
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44. 코끼리의 놀라운 지능. (The Truth Behind Elephant Brainpower)
45. 거미 털 : 완벽한 방수 표면 (Spider Hair : The Perfect Water Repellant Surface)
46. 생물들은 우리가 알고 있는 것보다 훨씬 더 현명하다. : 아메바, 두꺼비, 곤충들이 보여주는 경이로운 능력들. (Life Is Smarter Than We Know)
47. 고성능 야간 카메라인 도마뱀붙이의 눈 (Gecko Eyes Make Great Night Vision Cameras)
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49. 생체모방공학의 새로운 뉴스들. (What’s New in Biomimetics?)
50. 생물들의 정교한 공학기술과 최적화. : 박쥐, 말벌, 물고기, 꿀벌, 개미, 얼룩말과 생체모방공학 (Life Shows Exquisite Engineering and Optimization)
51. 딱따구리, 혈액응고, 분자모터를 모방한 생체모방공학 (Three More Ways to Benefit from Nature’s Designs)
52. 경이로운 공학 기술이 수백만 년의 자연적 과정으로? : 생체 모방 공학자들의 논리적 오류 (Millions of Years of Evolution Equal Engineering?)
53. 모든 발명에 영감을 주고 있는 생체모방공학 (Biomimetics Is All About Design Inspiration)
54. 생물권 전역에서 공학적 설계가 발견되고 있다. : 생체모방공학의 계속되는 행진 (Engineering Designs Found Throughout the Biosphere)
55. 먹장어, 도마뱀, 잠자리의 생체모방공학 (Of Hagfish, Geckos and Dragonflies)
56. 생체모방공학의 여러 소식들 (Biomimetics Roundup)
57. 큰부리새, 굴, 거미를 이용한 생체모방공학 (What Do a Toucan, an Oyster and a Spider Have in Common? Bio-Engineers’ Drool)
58. 계속되는 생체모방공학의 성공 : 반딧불이, 나무, 피부, DNA, 달팽이처럼 만들라. (Make Like a Firefly)
 
 
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