1452
5
0
곽현수(포항공과대학교 기계공학부)
2022-06-07
| 지금까지는 아름다운 잎사귀의 형태에 담겨있는 수학적이고 어려운 이야기에 대해서 얘기해 보았다면 이젠 이러한 원리를 기반으로 생체 모사를 시도한 연구들에 대해 알아보고자 합니다. 결과적으로 식물의 복잡한 Shape을 모사하기 위해서의 핵심은 바로 성장 속도의 차이라고 말씀드렸습니다. 세계적으로 유명한 학자들은 나뭇잎의 형상을 모사하고 자연스럽게 발생시키고자 다양한 시도를 하였습니다. 동식물 체계에서 성장이란 것은 결국 세포의 분열과 성장을 의미하고 이는 에너지원을 흡수하면서 진행됩니다. 만약 식물이 물을 흡수하지 않는다면 금방 마르게 되거나 시들어서 쭈글쭈글해지게 됩니다. 풍성하고 화려한 나뭇잎을 가진 유기체들은 더욱더 활발한 수분 흡수를 진행하게 됩니다. 여기서 중요한 것은 수분을 흡수하는 현상을 과학자들이 이용하여 나뭇잎의 형태를 모사하고자 했다는 것입니다. 저번에도 말씀드렸던 Sharon 이란 학자는 세계적으로 유명한 학술지인 Science에 이러한 나뭇잎과 같은 Shaping 현상을 인위적으로 제작하기 위하여 매우 특별한 실험을 진행하였습니다. [8]  Fig. 1와 같이 두 개의 얇은 슬릿 사이에 Gel을 혼합하여 얇은 디스크를 제작하게 된다면 그림과 같이 Gradient한 Material을 갖는 Hydrogel이 제작됩니다. 그리고 Hydrogel의 가장 대표적인 특성 중 하나는 바로 수분흡수입니다. 이렇게 제작된 디스크를 그림과 같이 물이 가득 담긴 수조에 적시게 된다면 정말 빠른 속도로 수분을 흡수하게 되어 실제로 식물이 수십 년이 걸리는 성장의 메커니즘을 단시간 내로 구현할 수 있습니다. 그리고 더 나아가서 두 가지 다른 특성을 갖는 하이드로겔을 수분을 흡수하는 데 있어서 팽창 속도의 차이가 발생하기 때문에 이를 기반으로 기존의 복잡한 구조 형성에 기여한 차등 팽창을 모사할 수 있습니다. 이런 현상을 이용하여 자연 속의 존재하는 복잡하고 웨이브한 형태들을 모사할 수 있었습니다.  얇은 디스크 슬릿을 제조하거나 혹은 두 가지의 농도 차이를 줄이거나 반경의 크기를 바꾸는 등 다양한 방향으로 제조된 Hydrogel은 Fig. 2와 같이 8가지의 모드를 나타내는 것을 최초로 밝혀냈습니다. 따라서 자연 속에서 존재했었던 아름답고도 복잡한 웨이브 형태를 최초로 제조해 보고 이들의 이유에 대해서 밝혀낸 연구라고 볼 수 있습니다. 이뿐만 아니라 Hydrogel을 이용한 다양한 생체 모사 구조는 다양하게 연구되며 발전하고 있습니다.  또한 Fig. 3에 따르면 이러한 생체 모방 기술 역시도 지속적으로 발전하여 Wire을 중간에 삽입하여 줄기를 구현하고 산소 Diffusion을 통해 확산시키는 정도를 조절하여 보다 다양한 형태를 관측한 연구도 제안되고 있습니다. 
|
- Shaping 현상
- Science
- 하이드로겔
전체댓글 0
.jpg)
(0).jpg)
모바일