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개구리 발바닥을 모방하라!
: 더러운 곳과 물속에서도 사용할 수 있는 접착 테이프
(A Sticky Solution : God Invented It First)
Don DeYoung

  만약 먼지가 묻거나 젖었을 때, 자동적으로 깨끗해지는 테이프나 접착제를 만들 수 있다면?

이런 모습을 생각해 보자. 청개구리 한 마리가 열대 우림 속을 팔짝거리며 뛰어다닌다. 어디든지 기어올라 원하는 곳에 달라붙기도 한다. 그러다 무언가 소리가 들린다. 한밤중에 먹을거리를 찾아다니던 근처에 있던 뱀이다. 개구리는 재빠르게 움직이며 나뭇잎이 무성한 덤블 아래에 숨으려고 기어간다.

그러나 그때 생각지 못했던 일이 일어난다! 개구리의 발이 미끄러진다. 개구리는 떨어져서 뱀의 먹이가 되어버린다. 개구리의 발이 집에서 우리가 쓰는 테이프처럼 되어 있었다면 아마도 그렇게 미끄러졌을 것이다. 접착용 테이프를 먼지에 한번 갖다 대보라. 얼마 되지 않아 먼지들이 접착면에 달라붙어서 테이프는 접착력을 잃어버릴 것이다.
 
청개구리는 먼지 속이든, 젖은 곳이든, 심지어는 진창 속에서도 뛰어다닌다. 그러면서도 개구리들은 나뭇가지나 잎들에 안전하게 달라붙을 수 있다. 개구리들이 살 수 있는 최대 수명인 8년에서 10년까지 나뭇가지나 잎들에 달라붙을 수 있다(심지어 거꾸로도). 어떻게 진창 속이나 젖은 곳에서도 떨어지지 않고 달라붙을 수 있을까?
 

연구원들은 개구리들의 접착력이 어떻게 작동하는지 실험해보았다. 청개구리들이 어떻게 더러운 표면을 기어가는지를 다음과 같은 실험을 통해 살펴보았다. 개구리들을 먼지가 많고 평평한 곳에 두었다. 그리고 나서 바닥을 천천히 기울이기 시작해서 수직방향으로 만들었다. 기울기가 커지자 개구리도 마침내 미끄러지기 시작했다. 그러나 몇 걸음 기어오르자 개구리는 마찰력을 되찾고 꼼짝도 하지 않았다.[1]
 
세밀한 조사를 통해 개구리의 발은 아주 작은 기하학적 모양의 수많은 패드(pad)들인 것을 알게 되었다. 개구리 발은 이러한 패드들 사이에 소량의 점액을 분비한다. 미끄러지지 않기 위해 개구리는 먼저 발을 앞뒤로 움직여 점액을 방사하고 주변 먼지들을 흡수해서 청소한다. 그리고 나서 점액을 패드 위로 더 분비하는데, 이것이 새로운 얇은 막을 형성해서 악력(grip)을 회복하게 한다.
 
개구리 발의 패드는 또 다른 중요한 특징을 가지고 있다. 기존의 테이프는 당겼다 놓으면, 작은 균열들이 잘 생긴다. 이것은 테이프를 쉽게 제거할 수 있게 하지만, 오래 사용하기 어렵게 한다. 이와는 대조적으로 개구리 발의 패드는 이미 분리되어 있어서 그런 균열을 방지한다. 그 결과, 한걸음 걸을 때마다 발은 원래 모양을 유지하면서도 깨끗해진다.[2]

도대체 무엇이 개구리의 발에 접착력을 가지게 하는가? 접착력을 가지는 원인은 아주 광범위하다. 접착력의 화학은 매우 복잡하다. 분자 사이의 힘, 원자 결합, 고분자 화학, 마찰과 관련이 있다. 이유는 더 많다. 접착은 아주 다양하고 폭넓은 이유들로 존재하고 있으며, 우리는 ‘접착(stickiness)’에 대하여 아주 제한된 이해만을 하고 있을 뿐이다. 결국 한 가지 답만 존재하는 것은 아니다.
 
예를 들어, 도마뱀붙이(gecko)의 발은 수 천 개의 붓털 같은 털로 이루어져 있어서, 어떤 것에든 강하게 달라붙을 수 있다. 도마뱀붙이의 발은 청개구리의 발과 똑같은 기능을 하지만 완전히 다른 물질을 사용하도록 설계되어 있다.

우리는 빌딩 건축에서나 제품 제조, 항공우주공학, 의료 분야 등에서 매일 접착제를 사용하고 있다. 글라스고 대학 연구원들이 발견했듯이, 개구리의 발처럼 재사용이 가능하고 스스로 청소되는 접착제는 여러 산업 분야에서 수많은 적용이 가능한 잠재력이 있다. 예를 들어 개구리의 발이 젖은 곳에서도 접착력을 가지는 걸 보면 젖었을 때도 접착력을 잃지 않는 반창고를 만들 수 있지 않을까? 이러한 방수 접착제는 사용 후에 끈적거리는 찌꺼기를 남기지 않고 아픔도 없이 제거해낼 수 있을 것이다.

아주 튼튼한 '개구리 테이프'가 보트 선체나 수영장의 새는 곳을 수중에서 막아내는 데에 적용되는 것을 상상해 보라. 의류에서도 재사용 가능한 접착 테이프는 신속한 응급조치를 제공할 것이다. 자동차의 타이어가 젖은 도로나 눈길에서도 미끄러지지 않고 달라붙어 달리는 것을 생각해 보라. 이런 제품들은 청개구리의 셀프 청소 기능을 모방한 액체 겔을 포함할 수 있다. 이런 적용들은 아직 꿈같은 일로 접착력에 대한 이해의 증가와 함께 가능성도 커지고 있다.
 
하나님은 그분의 창조물들에 일상의 문제들을 해결할 수 있는 귀중한 아이디어들과 새로운 장치들을 장착시켜 놓으셨다. 그 가능성들은 우리의 상상력을 뛰어 넘는 것이다. 
 


달라붙는 개구리 발바닥. 과학자들은 개구리의 발에 접착력을 가져다준 물리학을 이해하기 위해 노력해왔다. 패드는 표면장력에 의해서 결합하는 겔(gel)을 분비한다. 그러나 이 겔이 비가 오거나 더러운 상태에서도 어떻게 작동되는 것일까? 한 단서에 의하면, 각 발바닥 패드(b)는 많은 다변의 부분들로 나뉘어져 있고(c), 많은 작은 스파이크들로 세분되어 있다. 패드가 이동함으로서, 패드의 모양이 변하고, 새로운 깨끗한 표면이 만들어져 달라붙음을 회복할 수 있다. .

Footnotes
1. Roxanne Khamsi, 'Friction Helps Frogs Stick to Ceilings,” New Scientist website, April 12, 2007.
2. Abhijit Mujumder et al., 'Microfluidic Adhesion Induced by Subsurface Microstructures,” Science 318(5848): 258–261, 2007.
3. 'Frog Feet Could Solve a Sticky Problem,” Biomimicry News website, July 5, 2011.

출처 : Answers, December 6, 2011
URL : http://www.answersingenesis.org/articles/am/v7/n1/sticky-solution
번역자 : 창조과학 출판부

관련 자료 링크:

1. 도마뱀붙이의 발바닥 오염을 제거하는 슈퍼소수성 인지질. (Scientists Discover New Clue to Geckos' Climbing Ability)
2. 한 발 다가선 도마뱀붙이 모방 접착제  (A Step Closer to Gecko Adhesive)
3. 도마뱀붙이 발가락의 물리학 (The Physics of Gecko Toes)
4. 완전한 도마뱀붙이가 1억년 전(?) 호박에서 발견되었다. : 경이로운 발바닥 구조도 이미 존재하고 있었다. (Fully Gecko 40 Million Years Earlier?) 
5. 하나님의 놀라운 접착제 : 물속에서 달라붙는 한 편형동물의 경이로운 능력 (God's amazing glue)
6. 먹장어, 도마뱀, 잠자리의 생체모방공학 (Of Hagfish, Geckos and Dragonflies)
7. 생체모방공학의 여러 소식들 (Biomimetics Roundup)
8. 큰부리새, 굴, 거미를 이용한 생체모방공학 (What Do a Toucan, an Oyster and a Spider Have in Common? Bio-Engineers’ Drool)
9. 계속되는 생체모방공학의 성공 : 반딧불이, 나무, 피부, DNA, 달팽이처럼 만들라. (Make Like a Firefly)
10. 생체모방공학 소식으로 시작되는 한 해 (Happy New Biomimetics Year)
11. 개, 올빼미, 딱정벌레를 모방하라 : 생체모방공학은 우리의 삶을 증진시킬 것이다. (Make Like a Dog, Owl, or Beetle : How Biomimetics Will Improve Our Lives)
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