“쓰러져도 물 흐르지 않는 페트병 마개… 탈부착형도 이미 개발”

[제39회 전국학생과학발명품경진대회]
우수 수상작 25점 10월부터 지방 순회 전시
국무총리상 ‘물 쏟음 방지 병 내부마개’
서울 세종과학고 김성윤 군

국무총리상 수상자인 김성윤 군은 14일 자신의 발명품인 ‘물 쏟음 방지 병 내부마개’를 설명하면서 TV에서 우연히 본 불편한 상황 때문에 개발하게 됐다고 밝혔다. 국립중앙과학관 제공

“예능 프로그램을 보는데 출연진이 탁자에 놓여 있던 물통을 쓰러뜨리고는 대본이 젖는 바람에 곤란해하는 것을 봤어요. 문득 간단한 마개로 해결할 수 있겠다는 생각이 들었어요.”

페트병이 넘어져도 내용물이 쏟아지지 않게 해주는 ‘물 쏟음 방지 병 내부마개’는 서울 세종과학고 2학년 김성윤 군의 사소한 버릇에서 시작됐다. 헬스장에서 트레드밀(러닝머신)에 오른 뒤 습관적으로 TV를 켰는데 좋아하는 연예인이 나와 그대로 채널을 고정한 것이 발명품으로 이어졌다.

페트병은 현대인들이 일상생활 속에서 수시로 사용하는 물건이다. 자주 사용하다 보니 뚜껑을 제대로 닫지 않고 이용하다가 페트병이 넘어져 곤란한 상황이 생기곤 한다. 음료에 색이라도 있으면 피해는 더 커진다. 이 불편함을 해결하기 위해 김 군은 뚜껑이 열린 채로 병이 쓰러져도 내용물이 쏟아지지 않는 ‘마개’를 만들기로 결심했다.

개발 과정은 결코 간단하지 않았다. 1월 초 아이디어를 생각했지만 첫 번째 시제품은 3월에 만들었다. 그마저도 완전한 성공은 아니었다. 김 군은 “처음에는 시중에 나와 있는 개폐식 마개를 페트병에 넣으려고 시도했다”고 말했다. 단일 구조 고무막을 이용해 만들었으나 내용물이 새거나, 아예 나오지 않았다. 내용물을 꺼내기 위해서는 페트병을 계속 누르고 있어야만 하는 문제도 있었다.


다섯 번에 걸친 시도 끝에 이중 구조로 된 마개를 생각해 냈다. 이중 구조 중 바깥 마개(고정부)는 페트병 입구에 단단하게 고정하고, 안쪽 마개(이동부)는 페트병 내부 액체에 인위적인 압력이 가해지면 움직일 수 있게 만들었다. 바깥 마개와 안쪽 마개의 측면에는 각각 다른 위치에 유체가 흘러나올 수 있는 큰 구멍이 뚫려 있는데, 안쪽 마개가 병 입구 쪽으로 이동해야 구멍의 위치가 맞아 떨어져 내용물이 나온다.

평소에는 대기압의 작용으로 안쪽 마개가 병 바닥 쪽으로 내려와 있기 때문에 병이 쓰러져도 내용물이 쏟아지지 않는다. 페트병을 누르면 바깥 마개의 바닥에 있는 작은 구멍으로 유압력이 전달돼 안쪽 마개를 밀어 올리게 되고, 안쪽과 바깥쪽 마개의 큰 구멍이 일치하면 내용물이 흘러나오게 된다. 김 군은 이 아이디어로 올해 교내 대회에서 대상을, 서울시 대회에서 특상을 받은 뒤 전국학생발명품경진대회에서 국무총리상을 수상했다.

김 군의 도전은 아직 끝나지 않았다. 이번 대회에 작품을 출품할 때는 페트병에 끼울 수 있는 작은 마개였지만, 지금은 각 부품의 분리가 가능한 탈부착형 마개를 개발한 상태다. 세척이 어렵다는 단점을 보완한 것이다.

일상생활에서 널리 쓰이는 제품에 적용할 수 있도록 추가 개발 계획도 세워두고 있다. 김 군은 “일상생활에서는 보온병이나 텀블러를 많이 사용한다. 병의 누르는 부분을 고무로 만드는 방식으로 보온병에도 이 발명품을 적용할 방법을 고민하고 있다”고 말했다.
　
　

　
오가희 동아사이언스 기자 solea@donga.com