여름휴가지로는 바다가 가장 인기 높다. 과학자들도 바다로 눈길을 돌리고 있다. 휴가지에서 만났던 문어와 오징어, 농게 같은 해양 생물이 해저 보물을 찾고 인명을 구하는 신기술로 재탄생하고 있다. 오랜 진화 과정에서 최적화된 생물을 모방해 기술의 난제를 해결하자는 것이다.

미국 시장조사 기관인 얼라이드마켓리서치는 생물 모방 소재 시장이 2020년 379억달러(약 49조4600억원)에서 매년 5.7% 증가해 2030년에는 659억달러(약 86조)에 이를 것이라고 예측했다. 포스텍 화학공학과의 차형준 교수는 “바다는 수분이나 염도 등이 몸속과 비슷해 해양 생물이 의료 기술 개발에 많은 아이디어를 제공한다”고 말했다.

◇문어 빨판과 오징어 피부 모방 잇따라

동해로 가면 문어의 인기가 높다. 미국 버지니아 공대의 마이클 바틀릿 교수 연구진은 지난달 국제 학술지 ‘사이언스 어드밴스’에 “문어가 물속에서 자유자재로 물체를 감거나 잡는 원리를 모방해 수중 작업용 문어 장갑을 개발했다”고 밝혔다(https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abq1905).

문어는 다리 8개에 있는 빨판 2000여 개로 산호를 잡고 조개를 집는다. 연구진은 화장실 청소봉 형태의 빨판을 장갑에 붙였다. 장갑 내부 공기를 빨아들이면 음압이 발생해 물체에 달라붙는다.

미국 버지니아 공대의 마이클 바틀렛 교수 연구진은 7월 국제 학술지 ‘사이언스 어드밴스’에 “문어가 물속에서 자유자재로 물체를 감거나 잡는 원리를 모방해 수중 작업용 문어 장갑을 개발했다”고 밝혔다./미 버지니아 공대

연구진은 빨판 옆에 레이저 거리 측정계인 라이다 센서도 붙였다. 레이저 반사파가 빨리 돌아오면 물체가 근접했다고 보고 바로 빨판에 음압을 건다. 덕분에 장갑을 물체에 대기만 하면 빨판이 저절로 달라붙는다. 연구진은 “해저 유물 발굴이나 의료 현장처럼 물속이나 젖은 환경에서 일하는 사람들에게 큰 도움이 될 수 있다”고 밝혔다.

오징어 회도 동해 휴가의 별미다. 과학자들에게도 오징어 인기가 높다. 미국 어바인 캘리포니아대(UC어바인)의 앨런 고로데쓰키 교수 연구진은 지난 3월 국제 학술지 ‘네이처 지속 가능’에 “오징어 피부를 모방해 소재를 늘리거나 압축하는 방식으로 열을 조절하는 포장재를 개발했다”고 밝혔다.

오징어는 천적을 피하기 위해 순식간에 피부색을 바꾼다. 근육을 수축시키면 피부에 퍼져 있는 색소포가 한데 모인다. 이러면 빛이 들어올 빈 공간이 많아져 몸이 투명해진다. 반면 근육을 풀면 뭉쳐 있던 색소포가 피부 전체에 퍼져 색이 진해진다.

UC어바인 연구진은 오징어 피부의 색소포처럼 신축성 고분자 물질 사이에 미세 구리판들을 연결했다. 평소에는 구리판이 붙어있어 내부의 열이 밖으로 빠져나가지 못한다. 하지만 고분자 물질을 당기면 구리판 사이 간격이 넓어지면서 열이 빠져나간다.

미국 노스이스턴대 연구진은 지난 2월 ‘미 화학회(ACS) 센서’에 오징어 피부를 모방한 스티커를 발표했다. 오징어 피부 색소인 잔토마틴을 종이에 흡수시킨 다음 신축성 소재 안에 넣어 단추 모양의 스티커를 만들었다.

옷에 붙인 스티커가 자외선을 많이 받으면 노란색에서 붉은색으로 변한다. 연구진은 햇빛 노출 정도를 알려주는 용도 외에도 자외선 살균이 얼마나 됐는지 알아보는 척도로도 활용할 수 있다고 밝혔다.

◇국내선 농게 카메라와 홍합 접착제 개발

서해 갯벌에 가면 큰 집게발을 들고 있는 농게를 쉽게 볼 수 있다. 광주과학기술원 송영민 교수와 서울대 김대형 교수 공동 연구진은 지난달 국제 학술지 ‘네이처 전자공학’에 농게의 겹눈 구조를 모방한 수륙 양용 360도 카메라를 발표했다.

농게는 물이 빠졌다가 차기를 반복하는 곳에 살아 눈이 물속이나 물 밖에서 모두 작동한다. 반면 기존 곡면 카메라 렌즈는 빛의 굴절 때문에 물속과 물 밖에서 동시에 영상을 처리하는 데 한계가 있다.

연구진은 농게의 눈처럼 표면이 납작한 마이크로 렌즈를 만들고 각각 이미지 센서를 연결했다. 이렇게 만든 렌즈 복합체 200여 개를 지름 2㎝인 공에 붙였다. 송영민 교수는 “360도 카메라로 실제 영상 시험에 성공했다”며 “앞으로 자율주행차나 가상현실(VR) 영상 시스템에 활용할 수 있을 것”이라고 밝혔다.

남해 바닷가에는 바위에 달라붙어 파도에도 끄떡없는 홍합이 있다. 포스텍 화학공학과의 차형준 교수 연구진은 홍합 단백질을 이용해 의료용 접착제를 개발하고 있다. 차 교수는 “해외에서는 홍합 단백질 구조를 모방한 화학물질을 합성했지만 국내에서는 홍합 유전자를 넣은 대장균을 배양해 실제 단백질을 대량생산했다”며 “국내에서 270명 대상으로 임상 시험을 하고 있어 이르면 연말에 허가가 나올 것”이라고 말했다.