청색경제

청색기술의 스승: 생물모방과 현란한 무지갯빛 구조색 ①

나비 날개의 현란하고 컬러풀한 무지갯빛 구조색 [사진=Biomimicry] 11월 17일자 미국의 청색기술 전문지인 '바이오미미크리(Biomimicry)'에 생물모방과 구조색(structural colour) 관련 기사가 실려 흥미를 끌고 있다. 분량을 고려하여 앞으로 2회에 걸쳐 이곳에 소개할 예정이다. 자연에서 색소가 섞이지 않은 무색의 물질이 색깔을 나타내는 현상을 구조적 색상, 즉 구조색이라 이른다. 물감에 의한 색은 어느 방향에서 보더라도 항상 같은 색으로 보이지만, 구조색은 무지갯빛처럼 보는 방향에 따라 색깔이 조금씩 달라진다. 그래서 구조색은 자연의 경이로움이 아닐 수 없다. 그러나 안타깝게도 이러한 자연 속의 경이로움에서 영감을 얻는 혁신은 아직 완전한 빛을 보지 못하고 있다. 그래서 우리는 자연이 이미 알아낸 것 중 가장 좋은 것을 공유함으로써 이를 바꾸기 위해 노력해야 한다. 이 기사에서는 구조색이 무엇인지, 어떻게 발견되었는지, 자연에서 영감을 받은 혁신인 청색기

김원희 기자 입력 2023.11.22 11:49 수정 2026.08.09 23:59 1

11월 17일자 미국의 청색기술 전문지인 '바이오미미크리(Biomimicry)'에 생물모방과 구조색(structural colour) 관련 기사가 실려 흥미를 끌고 있다. 분량을 고려하여 앞으로 2회에 걸쳐 이곳에 소개할 예정이다.

자연에서 색소가 섞이지 않은 무색의 물질이 색깔을 나타내는 현상을 구조적 색상, 즉 구조색이라 이른다. 물감에 의한 색은 어느 방향에서 보더라도 항상 같은 색으로 보이지만, 구조색은 무지갯빛처럼 보는 방향에 따라 색깔이 조금씩 달라진다. 그래서 구조색은 자연의 경이로움이 아닐 수 없다.

그러나 안타깝게도 이러한 자연 속의 경이로움에서 영감을 얻는 혁신은 아직 완전한 빛을 보지 못하고 있다. 그래서 우리는 자연이 이미 알아낸 것 중 가장 좋은 것을 공유함으로써 이를 바꾸기 위해 노력해야 한다.

이 기사에서는 구조색이 무엇인지, 어떻게 발견되었는지, 자연에서 영감을 받은 혁신인 청색기술(blue technology)이 우리에게 무엇을 제공하는지 설명하고, 마지막으로 빛과 색깔, 그리고 우리의 행동 등 구조색이 작동하는 생물모방 사례를 공유하고자 한다.

구조색이란 무엇인가?

구조색은 특정한 파장(wavelength)의 빛을 반사할 수 있을 만큼 미세한 나노 크기의 구조 표면에 의해 생성되는 색상을 말한다. 동물, 곤충 및 일부 식물에서 발견되며 믿을 수 없을 정도로 가볍고 시간이 지나도 퇴색하지 않는다.

구조색을 더 잘 이해하려면 '색상이란 무엇인가'에 대해 질문해야 한다. 간단히 말해, 색상은 파동(wave)이며 파장이다. 빛의 파장은 자외선에서 적외선에 이르기까지 다양하며, 그 사이에는 무지갯빛 전체가 포함된다.

물감(또는 안료)은 특정 파장을 흡수하고 다른 파장은 반사하여 색깔을 만든다. 우리가 보는 파장(색상)은 색소가 반사하는 파장이다.

구조색은 물체가 특정 파장만 반사(엄밀히 말하면 굴절)한다는 점에서 비슷하지만, 이를 달성하는 방식은 다르다. 공통된 기능을 공유하지만 그 메커니즘은 다르다.

구조색과 초소수성 표면은 우리가 좋아하는 곤충인 모르포 나비라는 자연에서 영감을 받은 두 가지 혁신이다. [사진=Biomimicry]

구조색은 어떻게 발견되었나?

5억 1,500만 년 전 자연은 구조색을 창조했다.

그 후 우리 인간이 그것을 발견하기까지 5억 1,400만 년하고도 999만 9,999년이 더 걸렸다.

로버트 후크(Robert Hooke, 1665)와 아이작 뉴턴(Isaac Newton, 1730)은 좀벌레(곤충)와 공작 깃털의 구조색을 정확하게 설명한 최초의 인물들이다. 이후 구로(Goureau, 1842)가 특정 연체동물의 껍질과 많은 곤충의 얇은 막 날개에서 생성되는 색깔이 물리적 구조에서 비롯된다는 사실을 발견했다. 그럼에도 불구하고 19세기 말까지 물감이 일반적으로 동물성 색깔의 원인으로 간주되었다.

구조색 메커니즘에 대한 정확하고 상세한 연구는 전자현미경이 도입된 이후인 1942년에 앤더슨(Anderson)과 리차드(Richards)에 의해 시작되었다.

흥미로운 점은 후크와 아이작 뉴턴이 300여 년 전에 구조색을 처음 설명했음에도 불구하고 화학자, 재료 과학자, 물리학자들이 구조색을 이해하고 혁신하며 재현하는 문제에 관심을 기울이기 시작한 것은 불과 최근의 일이라는 점이다.

구조색은 물감에 의해 생성된 색깔과 어떻게 다른가?

우리가 매일 보는 대부분의 색깔은 빛의 흡수를 기반으로 한다. 셔츠가 빨간색으로 보이면 염료나 안료가 빨간색을 제외한 모든 색상을 흡수한다. 이에 반해 구조색은 흡수가 아닌 초특이적(hyper-specific) 반사를 통해 만들어진다.