d라이브러리

괴도꼬마라는 누명을 벗고 드디어 마술위원회 최고만 회장의 집에서 풀려난 금결! 금결은 스승 가보필드가 개발한 우산마술을 함께 밝혀내기 위해 재미를 찾아갔어요. 그런데 휘파람을 불고 있는 재미의 모습이 이상해요. 머리카락과 허리띠, 옷깃이 모두 위를 향하고 있잖아요! 금결과 재미는 동식물을 흉내 내 놀라운 우산마술을 겨루기로 했어요. 어떻게 된 일인지 살짝 엿볼까요?

동식물을 흉내 낸 발명품

우산을 만들기 전에 먼저 생체모방에 대해 얘기해 줄게. 생체모방 기술이란 동식물을 흉내 내 효율적이고 편리한 물건을 만드는 것을 말한단다.

게코도마뱀 발바닥을 닮은 끈끈이 장갑처럼 말이죠?

그래. 우리 주변에는 이미 과학자들이 만든 생체모방 발명품들이 넘쳐나지! 잠자리를 닮은 헬리콥터나 새를 닮은 비행기처럼 말이야.

와, 정말 신기해요. 그런데 왜 동식물을 흉내 내는 거죠?

동식물은 저마다 뛰어난 장기를 가지고 있단다. 가장 빨리 달리는 치타나 헤엄을 잘 치는 물고기는 주변 환경이나 사는 방법에 가장 적합한 생김새를 가졌어. 이걸 흉내 내면 우리도 그 특성을 가진 물건을 만들 수 있지.

잠깐!
최초의 생체모방 기술은 무엇일까요?

원시시대 사람들은 짐승이 가진 날카로운 발톱을 보고 칼이 나 화살촉 같은 사냥무기를 만들었어요.

과학자들은 왜 동식물을 흉내 낼까요?

우리가 만들려고 하는 발명품에 필요한 성질을 이미 갖고 있는 것이 확인되었기 때문이에요.

어떤 동식물을 흉내 내면 좋을까요?

생김새가 특이해 특별한 행동을 할 수 있거나, 기발한 작품을 만드는 동식물을 흉내 내면 훌륭한 발명을 할 수 있어요.

새가 날게 된 비밀을 알아낸 모형비행기

생체모방 기술을 이용하면 동식물이 어떤 원리로 움직이는지 관찰할 수도 있어요. 미국 버클리 캘리포니아대학교 로날드 피어링 박사팀은
25g짜리 로봇 ‘대쉬윙즈’를 만들어 새가 어떻게 날게 되었는지 밝혔어요. 지금까지 새가 날게 된 계기에 대해서 의견이 다양했지요. 원시 새가 빠르게 달리며 날갯짓을 하다가, 또는 높은 나무에서 바람을 타고 떨어지다가 날게 되었다고 생각했죠. 피어링 박사는 날갯짓하는 대쉬윙즈를 빨리 달리게 하거나 높은 곳에서 떨어뜨렸어요. 그리고 나무 위에 살던 동물이 진화해 새가 되었다는 증거를 찾았답니다.

카메라

카메라 조리개는 사람 눈(홍채)을 닮아 빛의 양을 조절할 수 있어요.

홍합접착제

포스텍 화학공학과 차형준 교수팀은 바위에 끈끈하게 달라붙는 홍합을 본떠 접착제를 만들었어요.
이것을 이용한 인공뼈나 첨단 임플란트를 개발하고 있답니다.
 

와아~, 정말 신기하다!

이제 생체모방이 무엇인지 확실히 알았겠지?

네. 그럼 형, 우리 동식물을 흉내 내최고의 우산 마술을 겨뤄 보아요!

나뭇잎처럼 에너지 만드는 우산~ 얍!

아이쿠, 눈부셔라. 그게 뭐예요?

자, 내 우산마술을 잘 봐라~, 짜잔!

앗, 우산으로 휴대폰을 충전하고 있잖아요?

흐흐, 이 우산은 식물을 흉내 내 만들었어. 나뭇잎처럼 햇빛을 모아 전기를 만든단다. 대단하지?

비상 시 사용할 수 있는 ‘낙하산우산’

단풍나무 씨앗이나 민들레 씨앗을 닮은 낙하산우산이 있다면 높은 곳에서 뛰어내려도 빙글빙글 안전하게 내려올 수 있겠죠? 유럽우주국 과학자들은 단풍나무씨앗처럼 바람으로 움직이는 탐사선도 개발하고 있답니다.
 
찢어져도 스스로 재생하는 ‘치료우산’

앗, 우산 한쪽이 찢어져서 비가 새네요. 저절로 고쳐지는 우산이 있으면 얼마나 편리할까요? 독일 프라이부르그대학교 과학자들은 칡에 상처를 내면 스스로 재생한다는 사실을 알아냈어요. 이런 원리를 이용해 약 5㎜까지 상처가 나면 스스로 밀려나와 상처를 메우는 칡 플라스틱을 개발했답니다.

잠깐!
햇빛으로 전기를 만드는 우산 마술!

과학자들은 태양전지 효율을 높이기 위해 나뭇잎에 주목하고 있어요. 나뭇잎의 구조를 본떠 만들면 햇볕을 더 많이 모을 수 있기 때문이지요. 파나소닉사에서는 최근 햇빛뿐만 아니라 이산화탄소도 모아 산소를 만들 수 있는 인공광합성 장치를 만들기도 했답니다.

빗물을 흘려보내는 ‘잎맥우산’?

잎에 물이 고이면 잎맥(위 사진)을 따라 흘러내리는 것을 흉내 내면 빗물이 잘 빠지는 우산을 만들 수 있을 거예요. 이와 비슷한 물건을 주변에서 찾아볼 수 있어요. 타이어에는 홈이 파여 있어서 물이 고이지 않고 잘 빠져 빗길에서도 미끄러지지 않는답니다.

어떠한 폭우에도 절대 젖지 않는 ‘슈퍼방수우산’

연꽃잎에 빗방울이 뚝 떨어지면 또르르 물방울이 굴러 떨어져요(연잎효과). 이 성질을 이용하면 폭우에도 끄떡없는 우산을 만들 수 있을 거예요. 한국과학기술원 생명화학공학과 양승만 교수팀은 연잎을 흉내 내 첨단방수기술을 개발했어요. 독일 STO사는 연잎효과가 있는 페인트 ‘로터산’을 만들었답니다. 로터산을 칠한 벽돌에는 꿀을 부어도 젖지 않고 꿀방울이 굴러 떨어져요. 이밖에 브라질에 사는 양치식물 살비니아 몰레스타를 흉내 내도 훌륭한 방수우산을 만들 수 있답니다.
 
사막에서 물 만드는 우산~ 얍!

후훗, 이번에는 내 차례인가요?

뭐지? 아주 기세 당당한데?

짜자잔~. 비가 내리지 않아도 물이 맺히는 우산마술이에요. 사막에 살고 앗, 우산으로 물을 만든다고? 잎맥으로 물을 흘려보내는 내 우산보다 더 신기하잖아?

네! 이걸 양산으로 이용하면 비가 잘 내리지 않아 덥고 물이 귀한 나라에서 마실 물을 얻을 수 있을 거예요!

잠깐!
사막에서 물을 모으는 우산 마술!

아프리카 남서부에 펼쳐진 나미브 사막에는 물을 모으는 딱정벌레 ‘스테노카라’가 있어요. 이 곤충은 다른 딱정벌레와 달리 등이 우툴두툴하답니다. 낮에는 땅속에 숨어 있다가 밤에만 바깥으로 나와요. 바람에 들어 있는 수분이 차가운 등 위에서 물방울로 맺히지요. 튀어나온 부분은 물을 끌어당기고, 오목하게 들어간 부분은 물을 튕겨내기 때문이랍니다. 스테노카라는 바람이 불어오는 쪽으로 엉덩이를 들어올려 물방울을 모아 마시지요.
 
들고 다니기 편한 ‘납작우산’

접혀 있던 날개가 순식간에 펼쳐지면서 하늘을 향해 날아오르는 풍뎅이를 흉내 내면 평소에는 납작하게 접혀 있다가 필요할 때만 활짝 펼쳐지는 우산도 만들 수 있을 거예요. 건국대학교 신기술융합학과 박훈철 교수팀은 풍뎅이를 흉내 내 날갯짓을 할 때마다 날개를 비트는 초소형비행기를 만들었답니다.

마술 같은 동물 모방

물속에서 헤엄치는 걸 도와주는 ‘물고기우산’

재미가 우산을 펼치더니 물속에 풍덩 빠졌어요. 물고기 지느러미 같은 날개를 달고 상어 몸에 나 있는 미세돌기를 흉내 내 물 저항을 줄였어요! 게다가 생체모방 기술을 이용하면 물속에서 오랫동안 머물 수도 있어요. 한국기계연구원 허필우 박사팀은 물고기 아가미를 본떠 물속에 녹아 있는 산소를 분리하는 인공아가미를 만들었답니다.

색소 없이도 새파란 ‘나비우산’

그 어떤 우산보다도 새파랗고 색이 바라지 않는 우산을 만들어 볼까요? 미세한 비늘이 10만 개 이상 덮여 있는 몰포나비의 날개를 흉내 내면, 색소 없이도 눈부신 파란색을 만들 수 있어요. 한국과학기술원 과학자들은 몰포나비 날개 구조를 본떠 전력은 적게 들고 화질은 더 뛰어난 디스플레이를 개발했답니다.

물고기 흉내 낸 우산마술 진짜 있다!

네덜란드 센즈사와 델프트공과대학교에서는 물고기처럼 유선형을 띠어 어떠한 강풍에도 뒤집히지 않고 튼튼한 우산을 만들었답니다. 시속 약 100㎞ 강풍에도 끄떡없다고 하니 정말 대단하죠!
 
뜨거운 바람 안녕~,에어컨우산

휴~, 풍뎅이가 날갯짓하는 모습까지 따라하며 설명했더니 땀이 나네.

히힛, 그럼 제 마술우산 그늘로 들어오세요.

그늘이 다 똑같…, 아니, 우산 안에서 바람이 불고 있잖아?

흰개미 집을 흉내 내 만든 우산이에요. 이렇게 천장을 열면 뜨거운 바람이 위로 나가고 아래로 찬바람이 들어온답니다.

동물의 작품에서 아이디어를 얻었구나! 그럼 내가 다른 작품들도 알려 줄게.

잠깐!
사막에서도 시원한 ‘에어컨우산’

흰개미는 사람 키보다 더 높은 아파트(사진)를 짓는 최고의 건축가예요. 100만 마리 이상이 살 수 있도록 높게 지어요. 그럼 뜨거운 공기는 위로, 차가운 공기는 아래로 이동한답니다. 그래서 흰개미들은 뜨거운 공기가 바깥으로 빠져나갈 수 있도록 천장에 구멍을 뚫어놓지요.
재미있게도 흰개미 아파트에서 영감을 얻어 지은 건물이 있답니다. 친환경 건축가 믹 피어스가 아프리카 짐바브웨에 지은 이스트게이트 쇼핑센터는 흰개미 집을 흉내낸 것으로 냉방시설 없이도 한여름 실내온도가 24도 안팎이지요. 이렇게 건물을 지으면 에너지를 약 30% 절약할 수 있어요.

"흰개미는 친환경플라스틱도 만들어. 나무의 셀룰로오스를 잘라 포도당을 만들고 이것을 젖산으로 소화하거든. 과학자들은 흰개미처럼 나무에서 젖산을 얻어 셀룰로오스플라스틱을 만든단다. 단단할 뿐 아니라 땅속에서도 잘 썩지."

물고기떼 흉내 낸 네트워크우산

재미있는 광고로 친근한 국내 한 이동통신사의 네트워크 기술 ‘워프(WARP)’는 물고기떼를 흉내 냈답니다. 새나 물고기처럼 떼를 지어 다니는 동물은 대장이 따로 없어도 질서를 잘 지키지요. 각자 일정한 거리로 떨어져 한 마리도 낙오되지 않고 한 방향으로 일정한 속도로 이동하기 때문이에요. 이것을 무선랜(와이파이)이나 블루투스 기술에 적용할 수 있어요.

꿀벌 집을 닮은 기차머리

육각형이 무수히 모인 벌집(사진)을 흉내 내면 단단하고 안정된 재료를 만들 수 있어요. KTX 앞머리도 충돌했을 때 충격을 줄이기 위해서 이런 벌집 모양으로 만들었답니다.
 
손으로 맡고,듣고, 맛보는 마술사

생체모방 기술을 이용하면 무엇이든 다 만들 수 있겠어요! 먼저 신기한 동식물을 찾아다녀야겠는걸요?

음, 굳이 특이한 생물을 찾지 않아도 놀라운 발명을 할 수 있단다. 재미 너에게도 생체모방 할 만한 것들이 숨어 있다면 믿을 수 있겠니?

네엣? 저를 흉내 내어도 신기한 물건을 만들 수 있다고요?

눈으로 햇볕 조절하는 창문

프랑스 파리에 있는 아랍세계연구소(사진)의 남쪽 건물에는 홍채를 닮은 창문이 2만 7000개가 넘게 달려 있어요. 건물에 햇볕이 얼마나 들어오느냐에 따라 자동으로 열렸다 닫히면서 온도를 조절한답니다.
 
손톱으로 소리 듣는 마술사

실로폰을 닮은 달팽이관 속 음판을 흉내 내면 개미가 기어가는 소리까지 들을 수 있을 만큼 예민한 전자 귀를 만들 수 있어요. 달팽이관으로
들어간 소리가 전기신호로 바뀌거든요. 전자 귀를 만들면 청각장애인들에게 소리를 찾아 줄 수 있겠지요?

손으로 냄새 맡는 마술사

서울대학교 물리천문학부 홍승훈 교수팀은 사람의 코보다 예민한 ‘전자 코’를 개발했어요. 냄새에 따라 전기신호가 달라 구별할 수 있답니다. 이 전자코로는 폐암을 진단할 예정이에요. 폐암에 걸린 사람은 숨을 쉴 때마다 헥사날이라는 썩은 냄새를 내거든요.

우산으로 달걀 잡는 마술

달걀을 잡을 만큼 세면서도 부서뜨리지 않을 만큼 섬세한 힘을 낸다면 가능하지요. 사람의 촉각을 흉내 낸 인공압력센서는 주로 로봇의 손가락을 만들 때 필요하답니다.
 

피부보다 더 예민한 인공피부

서울대학교 기계항공공학부 서갑양 교수팀은 대장에 나 있는 융털돌기를 흉내 내 누르거나 당기거나 비트는 자극을 느낄 수 있는 센서를 만들었어요. 과학자들은 근육이 수축하거나 이완되는 성질을 본떠 탄소나노튜브로 인공근육도 개발하고 있답니다

절대미각 자랑하는 마술사

서울대학교 화학생물공학과 박태현 교수팀은 혀보다 1억 배나 민감한 전자 혀를 개발했어요. 혀에서 쓴맛을 느끼는 미각단백질을 이용하면 미세한 쓴맛도 느낄 수 있답니다. 전자 혀는 콜레스테롤 농도를 분석하거나 오줌에 마약성분이 있는지 확인할 수 있어요.

심장처럼 쿵쾅거리는 소리증폭기

한국과학기술원 산업디자인학과 배상민 교수는 심장이 피를 뿜어대듯이 소리를 뿜어내는 증폭기를 개발했어요.

적혈구가 피를 타고 흐르면서 산소를 옮기는 모습을 보고 약물을 효율적으로 전달하는 방법을 알아낸 과학자도 있답니다.

앗, 우리 재미가 생체모방 기술에 대해 공부를 정말 많이 했구나!

킥킥, 그럼 이번 마술 대결은 저의 승리인가요? 그래! 나도 더 뛰어난 과학마술사가 되기 위해 주변 동식물을 열심히 관찰할 테야!

흉내내기 짱인 나도 과학마술사!

생체모방 기술로 놀라운 우산마술을 보여 준 저와 금결이 형, 정말 대단하죠? 미래에는 어떤 생체모방 기술이 나타날까요?

아마도 지금 볼 수 있는 발명품보다 더 동식물과 닮은 것들이 탄생하지 않을까?

네, 빅도그와 스마트버드처럼 앞으로는 동물과 더 많이 닮은 로봇이 많이 탄생할 거예요.

앗, 어떤 게 동물이고 로봇인지 헷갈리면 어떡하지?

 

큭큭, 어린이과학동아 친구들은 어떤 동식물을 흉내 내 보고 싶나요? 흉내 내고 싶은 동식물의 이름과 특징을 블로그에 덧글로 달아 주세요. 과학마술사가 되기 위해 꼭 읽어야 할 책을 선물로 드릴게요~!