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계속되는 생체모방공학의 성공
: 반딧불이, 나무, 피부, DNA, 달팽이처럼 만들라.
(Make Like a Firefly)
CEH

    생체모방공학(biomimetics)은 ”나무처럼 만들라”라는 말에 새로운 의미를 더해주고 있다. 그렇다. 나무, 달팽이, 피부, DNA, 조직, 반딧불이처럼, 그리고 수천의 다른 생물들이 하고 있는 것처럼 물건을 만들라. 그러면 사람들의 삶이 풍요로워질 수 있다.

다음의 생물들이 가지고 있는 것들을 살펴보라 :

반딧불이 : 반딧불이(fireflies)에서 영감을 얻은 한 새로운 LED(light-emitting diode, 발광다이오드)는 55% 더 효율적이라고 PhysOrg(2013. 1. 8) 지는 보도했다. 연구팀의 리더는 ”지식과 영감의 새로운 원천을 탐구하면서, 자연세계의 위대한 다양성을 계속해서 개척해 나갈 것”이라고 말했다.

*참조 : Firefly lanterns inspire LED lenses
http://creation.com/firefly-lanterns-led-lenses

몸에서 '빛' 뿜어 먹이 잡는 자체발광 심해어 (2017. 2. 14. 인사이트)
http://www.insight.co.kr/newsRead.php?ArtNo=93832

어둠 속 빛의 생태계, '생물 발광' 능력 상상 초월 (2016. 3. 6. MBC)
https://www.youtube.com/watch?v=J3iloJp686k

피부 : 당신의 피부가 발전기(generator)의 설계에 영감을 줄 것이라고 어느 누가 생각을 했겠는가? MIT와 하버드 대학의 과학자들이 그 일을 해냈다. Science 지에서 그들은 ”물의 기울기로 움직여지는 생체 영감된 폴리머 합성 작동기와 발전기(Bio-Inspired Polymer Composite Actuator and Generator Driven by Water Gradients)”에 대하여 기술했다. 그들은 물로 작동되는 폴리머 필름을 설계해 왔는데, 그것은 ”27 메가파스칼(megapascals)로 수축응력을 만들 수 있고, 자신보다 380배 더 무거운 물건을 들 수 있으며, 10배나 더 무거운 짐을 운반할 수 있다”는 것이다. 그들은 ”동물 진피(dermis)의 네트워크 구조에서 영감을 받았는데, 거기에서 강인한 콜라겐 섬유는 튼튼하고 유연한 재료를 합성하는 엘라스틴 미세섬유의 탄성 네트워크를 강화시킨다”고 말했다.

조직 : Science Daily 지에 따르면 사람의 조직(tissue)은 조직 수선을 위한 3-D 비계(3-D scaffolds)의 제작에 영감을 주었다는 것이다. 한 국제적 병원 연구팀은 줄기세포(stem cells)를 필요한 부위에 위치시킬 수 있도록 하는 신축성 폴리머를 디자인 했다. Tissue Engineering 지에 게재된 그 논문의 요약 글은 ”간엽 줄기세포의 증식, 정렬, 그리고 근발생 분화를 위한 폴리(ɛ-Caprolactone) 필름의 단일축 늘림에 의한 생체 모방된 3차원의 비등방성 기하학”으로 표제를 달면서, ”여기에서, 우리는 줄기세포 정렬 제어를 실현하기 위해 생체흡수 필름에 비등방성 지형도를 통합한 단일축 확장을 통하여 간단하며, 용매제가 없는, 재생 가능한 새로운 방법을 야심차게 개발했다”고 밝혔다.

DNA : Science 지는 디지털 정보의 DNA 저장에 대한 새로운 기록을 보고했는데, DNA 1g 당 2.2 petabytes (1 petabyte는 1,000 terabyte 또는 백만 gigabyte 이다)의 정보를 저장할 수 있다는 것이다. ”성취된 저장 밀도에서, 1g의 DNA는 220만 기가바이트 정보를 또는 약 468,000개의 DVD를 저장할 수 있다”고 그 논문은 말했다. DNA를 ”완벽한 저장매체”로 부르면서, 닉 골드만(Nick Goldman)과 연구팀은 셰익스피어 작품 모두를 포함하여, 사진, 음성, 교재 등을 저장했다. 연구팀은 그것이 전기나 혹은 계속된 유지보수 없이도 수천 년 동안 안정적으로 유지될 것이라고 믿고 있었다. 연구팀은 또한 저장시킨 정보를 100% 완벽하게 복원시킬 수 있었다. BBC News, Nature News, PhysOrg 지를 보라. DVD  ‘생명의 신비를 밝히다(Unlocking the Mystery of Life)’에서 케뇬(Dean Kenyon) 박사가 말했던 것처럼, 독자들은 자연이 먼저 안정적인 비주기적 분자를 이용하여 mm3 당 1 exabit (10^18 bits, 1,000 petabites)의 정보를 저장할 수 있었음에 주목해야할 것이다. 

*참조 : 세상의 모든 비디오, 한 컵 분량 DNA에 다 저장 (2013. 1. 24. MK 뉴스)
http://news.mk.co.kr/se/view.php?year=2013&no=59065

달팽이 : 달팽이(snails)는 이빨이 있을까? 있다. 키톤(chiton)이라 불리는 해양 달팽이는 이빨이 있다. 그리고 앞으로 태양전지 판은 달팽이에게 감사해야 할 것이다. Science Daily 지는 커다란 키톤의 이빨을 보여주면서, 그들의 치아 피부에 의한 ”태양전지와 리튬이온 배터리를 개선하기 위해 적은 비용과 더 효율적인 나노 크기의 재질”을 개발하고 있었다. 어떻게 그것이 가능할까? 글쎄, 이 해양 달팽이는 ”입속에 70-80개의 평행하게 줄지어 나있는 ‘치설(radula)’이라 불리는 긁는 구조를 이용하여 마치 컨베이어 벨트처럼 바위에 자라고 있는 조류를 먹는다. 앞이빨은 떨어져나가는 속도와 같은 속도로 가장 단단한 광물중 하나로 알려진 자철광(magnetite) 물질로 지속적으로 대체된다. UC 리버사이드 대학의 데이비드(David Kisalius)는 그것은 놀라운 일이라고 말하면서, ”차세대 공학적 산물과 재료를 디자인하기 위한 영감을 자연에서 얻고 있다”고 논문은 밝혔다. 그는 키톤이 이렇게 가장 효과적인 도구를 어떻게 상온에서 유용한 재료물질로부터 만들 수 있었는지를 보고 놀랐다. 그 과정을 분석한 그의 논문에는, 엔지니어가 동일한 원리를 적용한다면 ”상당히 낮은 온도에서(그것은 매우 낮은 저비용을 뜻한다) 나노크리스탈로부터 도구를 만들 수 있을 것”이라는 것이다.

*참조 : 태양 전지와 배터리를 개선하는 해양달팽이의 이빨 
http://blog.naver.com/jopd64?Redirect=Log&logNo=10158541106

촉매제 : 세포들은 느린 화학반응을 환상적인 빠른 속도로 촉매시켜주는 ‘효소(enzymes)’라 불리는 분자기계들로 가득 차 있다. Science 지(2013. 1. 8)의 한 논문은 ”역으로 생체모방의 패러다임”을 보여주는 ”리엔지니어링 자연의 촉매제”에 대해서 논의하고 있었다. 즉 ”자연의 가장 다재다능한 생촉매제(biocatalysts) 하나의 기능을 변경시켜, 합성화학자들이 꿈꿔왔던 실행 가능한 형질변환을 이끌게 되었다”는 것이다. 실제로, 그것 역시 직접적인 생체모방공학인 것이다. 당신이 어떤 아이디어를 가지고 있다면, 자연이 어떻게 그것을 해결하는지를 바라보면 되는 것이다.

논문에서 저자는 ”이러한 목적을 성취했던 가장 성공적인 방법 중 하나는 지시된 진화(directed evolution)이다. 이러한 방법은 실험에 기초한, 자연 진화의 가속화된 버전(version)”이라고 주장했다.

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연습 : 우리가 당신에게 말하기 전에, 마지막 문장에서 오류를 밝혀보라.

생체모방공학이라는 놀라운 분야는 빠르게 발전하고 있다. 이것은 오늘날 일어나고 있는 생체모방공학 혁명의 또 하나의 사례들이다. 다윈의 진화론 이후, 우연, 피흘림, 약육강식, 적자생존으로 묘사된 자연세계는 ‘눈먼 시계공(a blind watchmaker)’으로 의인화되었다. 그리고 이 눈먼 서투른 땜장이는 주변에 있는 부품들로 생존을 위협하는 문제들에 대한 어설픈 해결책을 강구해왔다는 것이었다. 그러나 생물들에서 보여지는 이러한 정교한 설계들을 보라. 그것들은 너무도 훌륭해서, 세계에서 가장 뛰어난 과학자들도 만들어낼 수 없는 것들이다. 새로운 관점에서 바라보는 자연은 경외심을 불러일으킨다. 전 세계적으로 생체모방공학 연구소들이 새롭게 생겨나고 있고, 학술지들은 최근의 새로운 발견들을 게재하기에 바쁘다.

과학자들은 식물이 상온에서 질소를 고정할 수 있음에 놀라고 있다. 도마뱀붙이(geckos)는 원자의 힘으로 유리를 기어오를 수 있으며, 잠자리는 초고속 컴퓨터보다 더 빠르게 시각 정보를 처리할 수 있다. 그러한 것들은 공학자들이 도달하고자 꿈꾸고 있는 것들이다. 오늘날은 ‘정보의 세기(Information Century)’이고, 정보는 지성으로부터 나온다. 진화론은 이 새로운 시대를 역행하는 족쇄이다. 실험실에서 이루어진 가속화된 선택이 자연선택과 같다는 주장은 완전히 잘못된 것이다. 그것은 정반대이다. 그것은 지적설계(intelligent design)인 것이다. 진화론자들은 마음속에 하나의 목적을 가지고 있다. 그리고 무작위적 실험 결과 중에서 자신들이 원하는 결과만을 선택한다. 자연 진화(Natural evolution)는 근시안적이고, 눈이 멀었고, 부주의한 것이다. 그것은 심지어 생존에 대해서도 무관심하다. 왜냐하면 그것은 아무 것도 신경쓰지 않기 때문이다. 따라서 '지시된 진화(directed evolution)”라는 말은 어마어마한 모순어법(oxymoron)인 것이다. 만약 세속의 과학자들이 정말로 지속가능한 기술로 더 좋은 세상을 만들기 원한다면, 아버지 다윈의 영정을 조용히 끌어내려야할 것이다.

 

출처 : CEH. 2013. 1. 24.
URL : http://crev.info/2013/01/make-like-a-firefly/
번역자 : 문흥규

관련 자료 링크:

1. 생체모방공학 소식으로 시작되는 한 해 (Happy New Biomimetics Year)
2. 개, 올빼미, 딱정벌레를 모방하라 : 생체모방공학은 우리의 삶을 증진시킬 것이다. (Make Like a Dog, Owl, or Beetle : How Biomimetics Will Improve Our Lives)
3. 자연이 38억 년 동안 연구개발을 했는가? : 생체모방공학의 계속되는 성공 - 해바라기, 규조류, 식물 의약품... (Nature : 3.8 Billion Years of R&D)
4. 생물에서 발견되는 경이로운 기술들 : 나비 날개의 광흡수, 소금쟁이의 부양성, 생물학적 배터리 (From Wonders of Nature to Wonders of Technology)
5. 생체모방공학을 통한 강렬한 희망 1 : 계속 발견되고 있는 생물들의 경이로운 능력들 (Living Surprises, Living Hopes)
6. 생체모방공학을 통한 강렬한 희망 2 : 계속 발견되고 있는 생물들의 경이로운 능력들 (Living Surprises, Living Hopes)
7. 차세대 리더는 식물과 동물이다! (Follow the Leader: Plants and Animals)
8. 식충식물이 R&D 수상을 이끌다 : 생체모방공학의 새로운 기술들 (Pitcher Plant Inspires R&D Award)
9. 단풍나무 씨앗을 모방한 소형 비행 로봇 (Maple to the Rescue)
10. 새우 껍질은 새로운 생분해성 재료에 영감을 주고 있다. :생체모방공학의 또 하나의 사례 (Shrimp Shells Inspire New Biodegradable Material)
11. 곤충을 따르라! : 생체모방공학의 새로운 연구들 (Follow the Insects)
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27. 공학자들은 식물의 세포 구조를 부러워하고 있었다. (Engineer Envies Plant Cell Structure)
28. 과학자들은 개미의 인터넷을 발견하였다. (Scientists Discover the 'Anternet')
29. 연어에서 발견된 정교한 나침반 세포 (Salmon Use Sophisticated Compass Cells)
30. 문어의 차가운 물에 대한 놀라운 적응력. (Octopus Cold Adaptation Surprises Scientists)
31. 식물의 광합성은 양자물리학을 이용하고 있었다. (Photosynthesis Uses Quantum Physics)
32. 준비, 조준, 개화 : 개화 시간을 알려주는 식물의 시계 (Ready, Aim, Flower)
33. 식물은 꽃이 피는 개화 시기를 어떻게 아는가? (Plants spring into action)
34. 식물은 그들 자신의 썬크림을 만들고 있다 (Plants Generate Their Own Sunscreen)
35. 식물은 사회적 통신망으로 소통하고 있다. (Plants Have Social Networks)
36. 식물의 자외선 탐지기는 진화될 수 없었다. (Plant UV Detectors Could Not Have Evolved)
37. 해조류는 양자역학을 알고 있었다. (Algae Molecule Masters Quantum Mechanics)
38. 식물들은 자동온도조절 장치를 가지고 있었다. (Plants Have Thermostats)
39. 식물 향기가 화분 매개 생물의 행동을 조절한다. (Plant Perfume Manipulates Pollinator Behavior)
40. 나무들은 아스피린으로 의사전달을 한다. (Trees Communicate With Aspirin)
41. 상어 비늘과 골프공은 설계를 가리킨다. (Speedy sharks and golf balls)
42. 거미줄이 강한 이유가 밝혀졌다. (Scientists Decode Key to Spider Web Strength)
43. 비둘기와 제왕나비는 위성항법장치를 가지고 있다. (Animals Have Biological GPS)
44. 나비 날개의 경이로운 나노구조 (Butterfly Wings Flash Shiny Optical Tricks)
45. 하루 이상 잠수할 수 있는 거미와 태양전지가 있어 햇빛을 에너지로 사용하고 있는 말벌. (Animal Kingdom Already Had Underwater Divers and Solar-Powered Flyers)
46. 도마뱀붙이의 발바닥 오염을 제거하는 슈퍼소수성 인지질. (Scientists Discover New Clue to Geckos' Climbing Ability)
47. 코끼리의 놀라운 지능. (The Truth Behind Elephant Brainpower)
48. 거미 털 : 완벽한 방수 표면 (Spider Hair : The Perfect Water Repellant Surface)
49. 고성능 야간 카메라인 도마뱀붙이의 눈 (Gecko Eyes Make Great Night Vision Cameras)
50. 생체모방공학의 새로운 뉴스들. (What’s New in Biomimetics?)
51. 생물들의 정교한 공학기술과 최적화. : 박쥐, 말벌, 물고기, 꿀벌, 개미, 얼룩말과 생체모방공학 (Life Shows Exquisite Engineering and Optimization)
52. 딱따구리, 혈액응고, 분자모터를 모방한 생체모방공학 (Three More Ways to Benefit from Nature’s Designs)
53. 경이로운 공학 기술이 수백만 년의 자연적 과정으로? : 생체 모방 공학자들의 논리적 오류 (Millions of Years of Evolution Equal Engineering?)
54. 모든 발명에 영감을 주고 있는 생체모방공학 (Biomimetics Is All About Design Inspiration)
55. 생물권 전역에서 공학적 설계가 발견되고 있다. : 생체모방공학의 계속되는 행진 (Engineering Designs Found Throughout the Biosphere)
56. 먹장어, 도마뱀, 잠자리의 생체모방공학 (Of Hagfish, Geckos and Dragonflies)
57. 생체모방공학의 여러 소식들 (Biomimetics Roundup)
58. 큰부리새, 굴, 거미를 이용한 생체모방공학 (What Do a Toucan, an Oyster and a Spider Have in Common? Bio-Engineers’ Drool)
 
 
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