[과학]생체모방공학 쑥쑥 큰다

홍합 단백질의 접착력을 이용한 접착제가 개발됐다.

신발이나 옷소매에 애용되는 벨크로 테이프는 1948년 엉겅퀴 씨앗을 흉내내 발명됐다. 발명자인 조르주 드 메스트랄은 어느날 강아지 털에 엉겅퀴 씨앗이 잔뜩 붙어있는 것을 보고 아이디어를 얻었다고 한다. 이른바 '찍찍이'로도 불리는 벨크로 테이프는 엉겅퀴 씨앗처럼 갈고리로 된 면을 붙였다 떼어냈다 할 수 있다. 벨크로 테이프는 1950년대 무중력 상태의 우주선 내에 물건들을 고정시키는 데 이용됐다.

이처럼 생물의 구조나 기능, 행동을 흉내내는 '생체모방공학'의 성과들이 국내 과학자들에 의해 속속 발표되고 있다.

한국과학기술원 화학공학과 이상엽 교수는 홍합에서 힌트를 얻은 접착제를 개발해냈다. 홍합이 바위에 단단하게 붙어 있을 수 있는 것은 10개의 아미노산이 반복돼 있는 단백질 때문. 이 교수는 이 단백질을 만드는 유전자를 대장균의 DNA에 삽입해 접착제 단백질을 대량생산하는 데 성공했다.

특히 홍합 접착제는 물에 젖을수록 접착력이 더 강해져 수술 후 상처 부위를 붙이는 데 실 대신 사용할 수 있을 것으로 전망되고 있다. 미국에서는 홍합의 콜라겐 단백질을 이용해 사람의 피부보다 5배나 질기고 16배나 잘 늘어나는 인공피부를 만들고 있다.

지난해 시드니 올림픽에서 화제가 된 스피도사의 전신수영복에는 상어 비늘을 본뜬 삼각형의 미세 돌기가 돋아나와 있어 수영복에 닿는 물이 잘 흘러가게 저항을 줄여준다. 같은 원리를 국내 학자가 항공기 표면에 적용시켰다.

서울대 기계공학과 최해천 교수는 92년 스탠퍼드대에서 상어 비늘이 왜 유체의 저항을 줄이는지를 밝혀냈다. 그는 이듬해 미항공우주국의 에임즈연구소에서 상어비늘을 모방한 필름을 항공기에 붙이면 최대 9%까지 공기저항을 줄일 수 있다는 사실을 입증했다. 현재 캐세이퍼시픽 항공사는 쓰리엠사가 만든 인공상어비늘 필름을 자사 항공기 표면에 부착하고 있다.

생체모방공학의 대상은 생물의 구조 뿐 아니라 기능도 포함된다. 서울대 화학과 서정헌 교수는 생체에 침입하는 외부물질에만 결합하는 항체를 모방해, 바닷물에서 우라늄을 분리해내는 인공항체를 개발했다. 서 교수의 인공항체는 이제까지 세계 학계에 보고된 것 중 가장 성능이 우수한 것으로 평가됐다. 동해에서 실험 한 결과 바닷물 오염도가 심해 경제성이 있을 정도의 우라늄을 분리해내는 데는 실패했지만, 오염이 덜 된 제주도 지역에서 실험이 진행되면 좋은 결과가 나올 것으로 기대하고 있다.

생체모방공학은 로봇을 만드는 데도 핵심적인 역할을 한다. 사람의 손가락은 정교한 일을 많이 하기 때문에 피부에 촉감 세포가 많다. 한국과학기술연구원(KIST) 지능제어연구센터가 개발한 촉각센서는 사람의 피부를 모방했다.

이 센서는 접촉면의 중심부는 밀도가 높고 주변으로 갈수록 밀도가 낮아진다. 센서의 재료로는 압력이 가해지면 전기가 흐르는 압전소자를 사용했다.

최근에는 로봇의 눈을 인간의 눈에 보다 가깝게 만들기 위해 생체모방공학을 이용하고 있다.

KIST 지능제어연구센터 유범재 박사는 “인간의 눈이 바라보는 대상의 중심부분은 또렷하게 보이지만 주변은 흐릿하다”면서 “로봇의 시각센서도 이와 같이 중심부에서는 기존의 센서와 같은 해상도를 유지하고 외곽은 해상도를 낮추는 방식으로 데이터 양을 줄이는 연구가 진행 중”이라고 밝혔다.

<이영완동아사이언스기자>puset@donga.com