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곽현수(포항공과대학교 기계공학부)
2022-04-26
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40억 년이란 긴 기간 동안 자연은 생존에 유리하도록 진화하였고 동물이나 스스로 움직이지 못하는 식물들은 자발적으로 생존을 위하여 끊임없이 시행착오를 겪어 혹독한 환경 환경부터 살아남을 수 있었다. 이들의 생존 전략에는 과학적인 원리가 담겨 있다. 하늘, 땅, 물속에 있는 무수한 동식물에서 적용할 수 있는 무궁무진한 기술들과 한계를 뛰어넘기 위해 자연에서 배울 수 있는 생체 모방 기술에 대해서 알아보려고 한다.  다양한 생물학적 종에서 표피에서 볼 수 있는 비늘 구조는 어디에서나 볼 수 있고, 수백만 년의 진화의 결과이다. Fig 1게 되면 스케일에 따라서 다양한 비늘 구조가 있는 것을 확인할 수 있다. 생물학적으로 Scale (비늘) 은 착색, 위장, 감지, 보호, 항온, 저항 등 다양한 기능을 수행하고 특히 파충류나 어류에 필수적인 요소로 간주된다. 일반적으로 비늘은 다양한 기능을 수행한다. 아래 Fig. 2를 보게 되면 카멜레온은 주위 환경에 따라서 색상을 맞춰 위장의 기능을 수행한다는 사실은 많이 들었을 것이다. 또한 상어 같은 경우 물속 내부에서 이동 시 균형을 이루거나 발생하는 수력학적 저항을 최소화하기 위하여 삼각 구조와 같은 표피 형태가 배열되어 있다. 실제로 상어 표피와 같은 구조를 수영복에 입혔을 때 너무나도 차이가 심하여 실제 경기에서 법적으로 금지가 된 사례가 있다고 한다. 그뿐만 아니라 주위 포식자들을 감지하거나 악어와 같은 경우 기계적인 부하에 따른 충격을 흡수하거나 체내 장기 등을 보호하기 위한 목적으로 다양한 수행능력을 보여 준다. 특히 모르포 나비의 회절 격자 무늬같은 경우 광학적인 특징을 볼 수 있는데 실제로 푸른색이 아닌 이 나비는 표면의 회절 무늬를 통하여 푸른빛을 내보낸다.  많은 연구자들은 독창적인 아이디어를 얻기 위하여 자연 속에 존재하는 흥미로운 현상들을 탐구하거나 이를 활용할 수 있는 연구를 활발히 진행하고 있다. 생체 모방 기술 중 대표적으로 동식물들의 표피로 부터 관측될 수 있는 기계적 및 광학적 특성에 대해 다음 편에서 알아보자.  |
- 생체모방기술
- 회절무늬
- 상어표피구조
- 기계특성
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