문어의 자기치유 가능한 위장 및 신호 기술 본떠 청색기술 플랫폼 개발

파란고리문어에서 영감을 얻은 연구원들이 위장 및 신호 전달이 가능한 청색기술 플랫폼을 개발했다. [사진=Depositphotos]

작지만 치명적인 파란고리문어(blue-ringed octopus)에서 영감을 얻은 연구진이 다양한 종류의 빛에 따라 색과 모양을 빠르게 변화시켜 위장과 신호 전달을 가능하게 하는 새로운 기술을 개발했다.

과학기술 분야 국제종합지 '네이처 커뮤니케이션스 (Nature Communications)'에 7일 발표된 이 기술은 군사, 의학, 로봇 공학 등의 분야에서 잠재적으로 응용될 수 있을 것으로 보인다.

일본 남부에서 호주 남부까지의 아열대성 해역에서 주로 사는 10cm 정도의 소형 문어인 이 녀석은 노란색 바탕에 푸른고리 무늬가 특징이며 강력한 독을 가지고 있다.

파란고리문어는 포식자로부터 자신을 위장하고 다른 동물에게 경고 신호를 보내기 위해 순간적인 근육 수축을 통해 무지개빛 피부 무늬의 크기와 색을 변화시킨다. 근육 수축은 피부의 작은 풍선 같은 색소 주머니인 발색단(chromatophore)을 늘리거나 압축한다.

두족류의 이러한 속임수와 신호 전달 능력에서 영감을 얻은 미국 캘리포니아대 어바인 캠퍼스(UCI)의 연구원들은 이를 모방한 청색기술 플랫폼을 개발했다.

이 연구의 교신저자인 알론 고로데츠키(Alon Gorodetsky)는 "우리는 푸른고리문어가 피부 표시를 숨긴 상태와 노출된 상태로 빠르게 전환하는 능력의 기반이 되는 메커니즘에 매료되었다"라며 "이 프로젝트를 위해 우리는 실험실에서 합성한 독특한 재료로 만든 장치로 문어의 자연적인 능력을 모방하기 위해 노력했으며, 그 결과 제작이 간단하고 지속적으로 작동하면 오랫동안 작동하며 손상 시 스스로 복구할 수 있는 문어에서 영감을 얻은 위장 및 신호 시스템을 만들었다"고 설명했다.

이 기술은 상단의 투명 양성자 전도성 폴리머 전극, 주름진 파란색 고리가 평평한 갈색 원을 둘러싸고 있는 ‘노나센(nonacene · 非아센)’이라는 9개의 융합된 벤젠 고리로 구성된 방향족 유기 탄화수소와 유사한 활성층, 기본 아크릴 막, 하단의 투명 양성자 전도성 폴리머 전극 등 파란고리문어의 고리와 매우 유사한 구조로 되어 있다. 노나센 유사 분자는 플랫폼의 일부 기능을 제공하는 데 도움이 된다.

파란고리문어의 자연적인 색 변화 메커니즘(A, B)과 이를 모방한 연구진의 플랫폼(C). [사진=Pratakshya et al.]

이 연구의 수석 저자인 프리타 프라탁샤(Preeta Pratakshya)는 "저희는 장치를 위해 독특한 구조를 가진 노나센 유사 분자를 개념화하고 설계했다"면서 "아센(acene)은 합성의 용이성, 조정 가능한 전자 특성, 제어 가능한 광학적 특성 등 여러 가지 유리한 특성을 가진 유기 탄화수소 분자인데, 우리의 노나센 유사 분자는 공기 중에 수년간 보관하고 공기 중에 밝은 빛을 하루 이상 연속으로 조사해도 살아남을 수 있기 때문에 아센 중에서도 예외적인 것이며, 다른 어떤 확장 아센도 이러한 가혹한 조건에서 장기간의 안정성을 보여주지 못한다"고 차별화했다.

이 분자는 강인함 외에도 조정 가능한 분광학적 특성, 최소한의 장비를 사용한 평편하고 간단한 표면 제작, 조명 아래에서의 대기 안정성 등 청색 고리(blue ring)에서 영감을 얻은 다른 중요한 특성들을 이 기술에 불어넣었다.

이 시스템은 주변 환경조건에서 기능 저하가 거의 또는 전혀 없이 약 500주기 동안 일관되고 안정적으로 가시적 외관을 변경했다. 또한 가시광선 밝기 조절, 근적외선 대비 변경, 다중 스펙트럼 형광 강도 조절 등 전자기 스펙트럼의 ‘자외선-가시광선-근적외선(UV-Vis-NIR)’ 영역에서 그 기능을 입증했다.

연구진은 이 기술을 통해 다른 물체를 탐지하지 못하도록 위장하거나 관찰자에게 은밀하게 신호를 보낼 수 있다고 말한다. 연구진은 이 기술이 사용자의 개입 없이도 자율적으로 자기치유(self-healing)가 가능하다는 사실도 발견했다.

고로데츠키는 "노나센 유사 분자와 그 변종 분자의 광물리학적 견고성과 일반적인 가공성은 향후 발광 다이오드 및 태양전지와 같은 전통적인 광전자 시스템의 맥락에서 이러한 화합물을 조사할 수 있는 기회를 열어준다"고 말했다.

연구진은 제조가 쉬운 이 기술이 군사, 의학, 로봇 공학, 지속가능한 에너지 분야에 응용될 수 있다고 말한다. 또한 확장성이 뛰어나 차량, 광고판, 심지어 건물과 같은 넓은 영역에 적용할 수가 있다.

[파란고리문어의 색 변화 능력과 생물영감의 청색기술을 비교해 보여주는 동영상]