즐겁게 영상을 보던 조현영 기자가 문득 주변을 돌아보고는 깜짝 놀랐어요. 무슨 일이 벌어진 걸까요?

#통합과학 개념 이해하기

빨주노초파남보?! 카멜레온의 변신 비법

카멜레온은 뱀목 카멜레온과에 속하는 파충류입니다. 피부 색을 마음대로 바꾸는 생물로 알려졌지만, 정확히는 일부 종이 자신의 피부 색을 달리 보이도록 하는 능력을 가지고 있는 거예요.

카멜레온의 피부 가장 위쪽 층은 투명합니다. 아래에는 각기 다른 색소세포를 가진 피부층이 4개 있어요. 카멜레온의 피부에 닿은 빛은 이중 홍색소포라는 파란색 색소세포 층에서 반사됩니다. 홍색은 빨간색이 아닌 무지개색이란 뜻이에요. 홍색소포에는 육각형의 나노 결정이 수만 개씩 들어서 격자 구조를 이루고 있는데, 격자의 간격이 촘촘해지면 파장^●이 짧은 파란색 빛이 반사되고, 간격이 벌어지면 파장이 긴 빨간색이나 노란색 빛이 반사됩니다. 나노 결정들이 마치 조그마한 거울처럼 특정한 빛을 반사하는 거죠.

▲GIB

카멜레온의 체온, 주변 기온도 피부 구조에 영향을 준다.

평소 카멜레온은 나뭇잎이나 풀숲 사이에 위장하기 위해 초록색을 띠고 있습니다. 이때는 홍색소포의 나노 결정이 촘촘한 상태로, 반사된 파란색 빛이 황색소포 층을 지나면서 초록색을 만들어내요. 한편 흥분한 카멜레온은 호르몬을 내뿜어서 홍색소포 층과 적색소포 층을 느슨하게 만들고, 빨간색, 주황색, 노란색 등의 파장이 긴 빛을 반사합니다.

카멜레온은 피부 색을 바꿔서 위장할 뿐만 아니라, 다른 카멜레온들과 소통하기도 합니다. 먹이나 짝짓기 경쟁을 할 때는 ‘싸우자’, ‘난 매력적이다’라는 의사를 표시하기 위해 피부 색을 더 밝고 선명하게 바꿉니다. 반면 생명의 위협을 느끼면 ‘항복할 테니 살려달라’는 의미로 더 어둡고 칙칙한 색을 택한답니다.

카멜레온의 색을 바꾸는 피부 구조

1. 카멜레온의 피부로 빛이 들어온다.

2. 투명한 각질층 아래에 있는 4가지 층의 색소세포가 반응한다

3. 카멜레온의 상태에 따라 각각의 층 구조가 느슨해지거나 촘촘해진다. 이 구조에 의해 홍색세포 층에서 특정한 빛이 반사된다.

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홍색소포처럼 정밀한 마이크로 로봇 등장

카멜레온의 홍색소포 속 나노 결정처럼, 빛을 정밀하게 조절하고 원하는 대로 변신까지 하는 마이크로 로봇이 탄생했어요.

2024년 11월 28일, 미국 코넬대학교 연구팀은 혈액에 있는 적혈구와 비슷한 크기의 초소형 로봇을 발표했습니다. 로봇의 지름은 10μm(마이크로미터)^●로 혈관 등을 돌아다니며 액체 속에서도 자유롭게 움직이도록 만들어졌어요. 로봇이 이동하는 방향과 수행해야 할 일은 외부에서 자기장을 이용해 원하는 대로 조절할 수 있죠.

로봇의 가장 큰 특징은 적외선 등 몸에 들어온 빛을 원하는 대로 회절시키는 능력입니다. 회절은 빛이나 파동이 방해물을 만나서 방향이 바뀌는 거예요. 로봇에는 나노 자석이 격자 무늬로 붙은 패널 두 개가 달려 있어요. 이 패널은 카멜레온 피부 속 나노 결정을 본따서 만든 것으로, 자석의 간격을 조절해 빛을 어느 방향으로, 얼마만큼 회절시킬지 결정합니다.

▲Criss Hohmann and Conrad Smart Under Consultation with Itai Cohen

적혈구에 붙은 마이크로 로봇의 상상도.

빛을 원하는 대로 조절하면 초미세사진 촬영 도구나 현미경 등을 만들어서 우리 몸속의 아주 작고 미세한 구조까지 자세히 볼 수 있어요. 기존의 광학 현미경은 200nm(나노미터)^●~350nm 사이의 구조까지 볼 수 있었어요. 그런데 여기에 마이크로 로봇이 가진 빛의 회절 효과를 적용한다면, 원하는 곳으로 빛을 모아 200nm 이하의 구조도 더 선명하게 볼 수 있죠.

연구팀은 이 기술을 통해 유전 물질인 DNA의 구조를 탐구하거나, 몸 안에서 일어나는 아주 미세한 힘의 흐름도 정확히 감지할 수 있을 것으로 기대했습니다. 연구를 이끈 코넬대학교 폴 맥유엔 교수는 “로봇의 크기에 맞는 초소형 조리개나 안테나 등을 개발하면 일반 현미경으로는 찍을 수 없는 초고해상도 사진을 찍을 수 있을 것“이라고 전망했어요. 그러면서 “여러 로봇이 한 번에 움직이며 집단 회절을 일으킬 수 있는지 연구할 예정”이라고 전했습니다.

▲N. Burgess/Science

용어 설명

파장: 빛이 움직일 때, 한 번 진동하는 동안 같은 모양이 반복되는 최소 길이.