바다 속 해양 생물이 선사하는 4가지 놀라운 청색기술

광활하고 경외심을 불러일으키는 청색의 아름다움, 신비, 생명의 우주로 일컬어지는 바다는 이루 헤아릴 수 없을 만큼 많은 정보를 간직한 도서관에 비유할 수 있다.

반짝이는 파도 아래에는 놀랍도록 다양한 생물, 복잡한 생태계, 우리의 생존과 번영을 위한 엄청난 생물학적 전략과 잠재력을 지닌 숨겨진 세계가 있다.

전 세계적으로는 바다와 해양의 중요성을 인식하고 보호하기 위해 '세계 해양의 날(World Ocean Day)'까지 지정하여 행사를 진행하고 있다. '세계 해양의 날'은 1992년 브라질 리우데자네이루에서 열린 리우 회의에서 캐나다 정부가 제안했으며, 지구 표면의 70%를 덮고 있는 바다의 소중함을 일깨우기 위해 2008년 12월 5일 UN총회에서 매년 6월 8일을 세계적 기념일로 지정했다.

우리는 바다와 해양 생물을 보존해야 하는 가장 중요한 두 가지 이유를 알아야 한다. 첫째는 바다와 해양 생물이 지구 건강에 중요한 역할을 하기 때문이고, 둘째는 생물모방의 무한한 잠재력을 지니고 있기 때문이다.

바다는 모방(emulation)의 기회를 훨씬 뛰어넘어 우리에게 자연과 다시 연결하고, 지구의 광대함에 감사할 줄 알고, 바다 속 모든 생명체의 청지기로서 봉사해야 하는 공동의 책임을 인식하도록 요구한다.

우리가 현재의 궤도로 앞으로도 계속 살아간다면, 바다 속 물은 점차 생명을 유지할 수 없을 뿐 아니라 지구의 해양 생물다양성이 돌이킬 수 없을 정도로 망가질 수 있다. 이 말은 우리가 궁극적으로 자연에서 우리 세상과 삶을 개선할 수 있는, 가치 있는 솔루션을 발견할 수 있는 잠재력 조차 잃게 된다는 것을 의미한다.

지난 6월초 미국의 대표적인 생물모방연구소(Biomimicry Institute)가 해양 생물로부터 힌트를 얻어 태어난 혁신과 영감을 받은 청색기술의 적용사례 4가지를 소개했다.

이를 통해 자연이 우리에게 주는 귀중한 선물이 무엇을 의미하는지 곰곰이 음미해보면 좋겠다.

① 문어 빨판에서 영감을 얻어 개발한 소프트 전열조작기

문어의 촉수는 치아처럼 생긴 작은 돌출부가 있어 빨판 자체보다도 훨씬 작은 다양한 물체를 잡을 수 있다. 미국 일리노이대학 연구원들은 이 빨판에서 영감을 얻어 온도에 반응하면서 유연하고 얇은 치료ㆍ재생 및 수술용 조직을 처리할 수 있는 부드러운 하이드로젤 층(hydrogel layer)을 갖춘 전열(電熱) 조작기(electrothermal manipulator)를 개발했다.

연구진은 이러한 생물학적 전략을 모방해서 온도 반응성이 좋은 하이드로젤을 이용하여 단 10초 만에 얇은 티슈 시트를 잡을 수 있었고, 효율적으로 안전하게 전달이 가능해져 주름이나 조직 손상의 위험을 없앨 수 있었다. 또한 이 기술은 로봇 공학 및 제조공정 자동화 분야에 잠재적인 응용 가능성을 제시하고 있다.

② 갯가재에서 영감받은 강력하고 내구성 있는 복합기술

갯가재(mantis shrimp)는 믿을 수 없을 만큼 강하면서도 가벼운 외골격으로 유명한데, 서로 15도씩 맞물린 키틴(chitin) 성분의 '나선형(helicoid) 층'으로 형성되어 있다. 이러한 구조는 균열과 손상시 전파되는 일을 막아 0.22 구경 총알보다도 빠른 속도로 전달되는 타격으로부터 갯가재를 보호할 수 있다. 

이와 같은 나선형 구조는 현재 산업화가 이루어져 널리 활용되고 있으며 복합재료에도 적용되고 있다. 이 기술은 보다 적은 양을 사용하면서도 가볍고 충격에 강한 재료를 만들어낼 수 있어 전체 비용을 절감할 수 있고, 복합재료 산업에서 보다 효율적이고 효과적인 제품을 제조할 수 있게 해준다. 이 혁신적인 복합재료 기술은 인프라, 안전 장비 개발 및 운송 분야에도 적용할 수 있다.

③ 단백질이 바위처럼 단단한 산호초를 만드는 데 도움이 되는 방법

파도 아래의 바다 속 생태계는 놀라움으로 가득 차 있으며, 그곳에 서식하는 산호는 실제로 지구상에서 가장 멋지고도 단단한 구조물을 만든다. 최근의 발견에 따르면, 젤리빈(jelly bean) 모양의 땅콩사탕 크기 만한 산호는 지구상에서 가장 아름답고 광범위한 구조를 형성할 수 있는 능력을 갖고 있는데, 이는 모두 단백질 덕분이다.

산호는 단백질을 유기적으로 분출 및 배치하여 미네랄이 쌓이는 발판을 형성함으로써 강하고 내구성있는 산호초를 이룬다.

이 놀라운 과정은 새삼스레 과학자와 엔지니어들에게 '자연으로부터 영감을 받는 혁신의 대상'으로 바다를 바라보도록 자극했다. 예를 들어, 인공 뼈는 내구성과 강도를 높이기 위해 산호의 공간적 배열 방식을 모방하고 있으며, 산호 골격에 포함된 독특한 배열을 이용하는 온갖 종류의 재료가 개발되고 있다.

이러한 단백질이 어떻게 작용하는지를 우리가 이해하면 건물 및 기타 인프라, 소비재, 포장, 자동차, 트럭 및 비행기 개발에 얼마든지 응용할 수가 있다.

④ 거대한 쥐가오리에서 영감을 받은 '막힘 방지' 여과시스템

쥐가오리는 막힘을 방지할 수 있는 믿을 수 없을 정도로 효율적인 방법을 사용하여 플랑크톤이 풍부한 바닷물을 음식으로 걸러낼 수 있다. 쥐가오리 주둥이의 독창적인 필터링 시스템은 필터에서 음식물 입자를 튕겨내어 전류 흐름을 생성하는 잎 모양의 돌출부 배열로 구성되어 있다. 이를 통해 모공보다도 훨씬 작은 먹이 입자들을 붙잡아 쉽게 섭취할 수 있도록 구강 내에 모을 수가 있다. 이 효율적인 여과 시스템은 물을 분산매(分散媒)로 하는 하이드로졸(hydrosol) 필터, 강한 회오리 바람을 일으키는 사이클론(cyclone) 필터, 공조(HVAC) 시스템, 봉투가 필요없는 진공 청소기 등과 같은 다양한 막힘 방지용 고유량(high-flow) 필터 제조 분야에 적용되고 있다.