작은 바다생물의 '점액 궁전'에서 영감 얻어 새로운 청색기술 워터펌프 개발

점액으로 만든 집은 바람직한 거주지처럼 여겨지지 않을 수 있지만, 과학자들이 이 교활한 작은 동물을 통해 물 여과와 같은 중요한 산업 분야에서 더 저렴하고 효율적인 펌프를 설계하는 데 도움이 될 수 있다는 사실을 발견했다.

왕립학회 인터페이스 저널(Journal of the Royal Society Interface)은 8일 미국 오리건대학교(UO) 연구진이 1mm 길이의 필터로 먹이를 잡는 '오이코플우라 디오이카(Oikopleura dioica)라는 해양 유충의 독특한 먹이 행동이 유체 처리가 필요한 산업 환경에서 흔히 볼 수 있는, 보다 효율적인 연동식 펌프를 설계하는 데 도움이 될 수 있다는 사실을 발견했다고 밝혔다.

이로써 생물영감 및 생물모방을 바탕으로 하는 청색기술을 적용한 혁신적인 워터 펌프 개발이 관찰력에 의해 이루어질 수 있게 됐다.

일반적으로 이러한 양변위(positive) 펌프는 시스템을 통해 유체를 앞으로 이동시키기 위해 외부의 압력이 필요하다. 올챙이처럼 생긴 이 유충은 먹이를 걸러내기 위해 하루에도 여러 번 점액으로 이뤄진 고치(cocoon) 안에 있는 꼬리로 추진력을 얻는다.

오리건대학 해양생물학연구소의 생물학자 켈리 서덜랜드(Kelly Sutherland)는 "펌프는 자연 어디에나 있지만, 이 펌프는 밀폐된 챔버 안에서 꼬리를 쳐서 유체를 필터로 통과시킨다는 점에서 독특하다"면서 "게다가 이 동물은 관찰하는 데 매우 매혹적"이라고 말했다.

물에 떠다니는 젤라틴 같은 점액 거품은 '매혹적'이라는 표현이 어울리지 않을 수 있지만, 이는 교묘한 생물학적 공학의 일부다. 이 동물은 3~4시간마다 몸 주위에 이 '점액 궁전'을 만들어 꼬리를 이용해 먼저 구조물을 부풀린 다음 먹이 입자가 들어 있는 액체를 입 쪽으로 밀어낸다. 점액 구멍이 제 역할을 다하면 출구를 통해 밖으로 빠져나간다.

"꽤 복잡한 구조인데 정말 멋지다"고 UO의 연구원인 테라 히버트(Terra Hiebert)는 말한다.

연구진은 노르웨이 베르겐에 있는 연구용 동물 사육시설에서 이 점액 궁전의 작동 원리를 발견했다. 과학자들은 현미경과 고속 비디오 촬영을 통해 이 동물의 꼬리가 물과 입자의 흐름을 얼마나 잘 유도하는지 관찰하여 이 동물이 어떤 특별한 펌프 시스템을 마스터했는지 밝혀낼 수 있었다.

지배적인 꼬리는 구조물 내부에 적합하면서도 여러 주요 지점에서 챔버를 밀봉 및 해제하는 측면과 접촉한다. 이러한 밀봉은 압력을 형성하고 유체의 움직임을 제어하여 역류를 방지한다.

히버트는 "이 펌프는 정현파(sinusoidal) 꼬리와 챔버 내부에 꼭 맞는 비교적 독특한 펌핑 전략을 사용하고 있다"며 "정말 꼭 맞기 때문에 물의 역방향 이동이 거의 없다"고 설명한다.

연구진은 이런 동작을 모방하면 움직이는 부품의 마모를 방지하는 더 효율적인 청색기술 펌프를 개발할 수 있을 것으로 보고 있다.

서덜랜드는 "이와 같은 유충 펌프에 대한 새로운 이해는 광범위한 유기체의 생태학적 성공을 이해하는 데 도움이 되며, 건축 환경에서의 차세대 물 또는 공기 필터에 영감을 줄 수도 있다"고 말했다.