달팽이 이빨, 거미줄을 능가하는 자연의 가장 강력한 청색기술 소재

흔히 림펫(limpet)이라고 불리는 바다 달팽이는 파도가 바위를 때릴 때 끈질기게 바위에 달라붙는다. 이 연체동물은 근육질의 발과 화학 분비물을 이용해 평방센티미터당 5.3킬로그램의 힘으로 바위를 붙잡을 수 있다. 하지만 '라둘라(radula)'라는 이빨이 박힌 혀를 이용해 바위를 갈아먹는 능력에 비하면 그다지 놀랍지 않다.

바다 달팽이의 이빨이 현존하는 가장 강한 천연 소재로 만들어졌다는 사실을 발견한 영국 엔지니어들 덕분에 달팽이는 터프가이의 명성을 한층 더 높일 수 있게 됐다.

거미줄은 종종 케블라(kevlar)에 비유되며 견고하면서도 유연한 힘으로 많은 사람들의 관심을 받아왔다. 하지만 이 치아 소재는 테스트 결과 대부분의 거미줄보다 평균적으로 약 5배 더 강한 것으로 나타났다. 이는 지구상에서 가장 강한 천연 소재다. 실험실 테스트 결과 탄소를 다이아몬드로 바꿀 수 있는 압력도 견딜 수 있는 것으로 나타났다. 이는 "스파게티 한 가닥이 1파운드짜리 설탕 봉지 약 3,300개를 지탱하는 것과 비슷하다"고 이 연구의 수석 저자인 포츠머스대의 아사 바버(Asa Barber)는 말했다.

 과학자들은 이빨이 단백질 매트릭스에 둘러싸인 고에타이트(철 함유 결정) 나노 섬유의 혼합물로 만들어졌다는 사실을 발견했다. 이빨은 놀라운 강도에도 불구하고 그래핀과 같이 인간이 만든 가장 강한 소재에는 미치지 못하지만, 이 새로운 소재는 케블라를 훨씬 앞지르고 최고 품질의 탄소 섬유와 동등한 수준이다.

지구상에서 가장 강한 물질을 찾고 있다면 다이아몬드가 좋은 추측이지만, 인공 나노 물질이 다이아몬드를 능가한다. 또한 다이아몬드보다 더 많은 스트레스를 견딜 수 있는 두 가지 희귀한 천연 소재가 있다.

그 중 하나인 '우르츠자이트 질산 붕소(wurtzite boron nitrate)'는 원자 수준에서 다이아몬드와 같은 배열을 하고 있다. 그러나 다이아몬드는 탄소로만 이루어져 있지만, 우르츠자이트 질산 붕소는 이름에서 알 수 있듯이 붕소와 질소도 포함하고 있다. 다른 하나인 '론스데일라이트(lonsdaleite)'는 모두 탄소이지만 육각형 구조를 가지고 있다. (다이아몬드는 입방체이다.) 흑연을 함유한 운석이 지구로 떨어질 때 생성되는 론스데일라이트는 다이아몬드보다 58% 더 많은 응력을 견딜 수 있다고 알려진다.

단단하고 강하면서도 유연한 이 소재는 생물을 모방한 차세대 청색기술 소재, 구조물, 심지어 기계를 제작하려는 엔지니어에게 매력적인 특성을 제공한다. 이제 엔지니어들은 바다 달팽이를 이러한 프로젝트를 위한 자연의 잠재적 컨설턴트로 활용하게 될 것이다.