청색기술, 새처럼 나는 항공기 설계에서 큰 역할 담당

자연은 항공 분야에서 과학만큼이나 많은 역할을 담당하고 있다. 초기의 항공기 개척자들은 하늘을 나는 꿈을 실현하기 위해 새와 박쥐를 연구하면서 비행 시 이미 고도로 진화한 이들 동물을 모방하는 방법을 연구했다. 그리고 오늘날에도 항공 산업은 계속해서 이들 동물로부터 영감을 받고 있다.

날개짓하는 항공기 개발

모든 항공 엔지니어의 목표는 비행기를 더 멀리, 더 빠르게 비행하면서도 그 과정에서 연료를 덜 사용할 수 있도록 효율적으로 만드는 것이다.

미국의 국가 기관으로서 우주 계획 및 장기적인 일반 항공 연구 등을 실행하고 있는 항공우주국(NASA)은 몇 년 전 첨단 타이어 고무 제품 제조회사 '플렉시스(Flexsys)' 및 공군연구소(AFRL: Air Force Research Laboratory)와 협력하여 새의 날개 움직임에서 영감을 받아 '날갯짓' 동작이 가능한 혁신적인 비행기 날개를 개발한 바 있다.

매우 유연한 디자인은 비행기를 새의 날개 동작처럼 비행 중에 모든 위치와 각도로 통과할 수 있도록 했다. NASA는 이 혁신적인 날개가 이착륙 시 연료 효율성과 소음 최소화에 기여하도록 설계되었다고 말한다.

'플렉시스'는 항공우주 및 기타 산업을 위한 다양한 형상 적응 및 형상 변형 기술 개발에 지속적으로 투자하는 회사이다.

하늘 나는 고래 비행기

최근 쿠웨이트의 '셰이크 압둘라 알 살렘 문화센터(Sheikh Abdullah Al Salem Cultural Center)에서 전시한 미래 운송수단이 눈길을 끌고 있다.

일명 '하늘 고래'로 불리는 비행기 '스카이 훼일(Sky Whale)'이다. 스페인의 디자이너이자 항공 애호가인 '오스카 비날스(Oscar Viñals)'가 설계한 거대한 여객기 컨셉으로, 지구상에서 가장 큰 포유류에서 영감을 받은 모양새를 지니고 있다.

3층 높이에 좌석수 755개를 갖춘 이 비행기는 날개폭이 88m로 유럽 에어버스 A380의 날개 길이 80m 보다도 크다. '오스카 비날스'는 "이 디자인이 항력, 무게 및 연료 소비를 줄이기 위해 환경 친화적인 청색기술 솔루션을 담고 있다"면서 '상상할 수 있는 가장 친환경적인 항공기'라고 주장한다.

하늘을 나는 고래 비행기 'Sky Whale' 상상도 [사진=Interesting Engineering]

또한 이 디자인은 첨단 안전기능, 자체 수리가 가능한 날개, 그리고 지붕에는 태양 전지판을 갖추고 있어 온보드(onboard) 전자 장치들을 충전할 수 있다.

크기에도 불구하고 '스카이 훼일'은 미국의 해리어 점프 제트기(Harrier jump jet)처럼 기울어질 수 있는 회전 가능한 엔진을 갖추고 있어 짧은 활주로에서 거의 수직으로 이륙할 수가 있다.

한편 어떤 사람들은 이러한 디자인이 현실화할지 의심하기도 한다. 미국 매사추세츠공대(MIT) 항공학과의 마크 드렐라(Mark Drela) 교수 같은 이는 '하늘 고래'가 너무 커서 날 수 없을 것이라고 회의적으로 생각한다.

그러나 설계자 '오스카 비날스'는 단념하지 않고 자연에서 영감을 받은 독수리 모양의 또 다른 항공기 개념인 '프로그레스 이글(Progress Eagle)'도 계속 개발하고 있다. 이 디자인은 초경량 소재를 특징으로 하며 태양 에너지와 터빈을 사용하여 비행 중에 전기를 자체 생성한다.

박쥐와 칼새처럼 날아다니는 하늘의 스파이

또한 작지만 날렵한 새들이 먹이를 사냥할 때 하는 행동에서 영감을 얻어 땅과 하늘을 감시(scan)하는 카메라를 갖춘 소형 무인 모니터링 장치도 개발됐다.

칼새(swift)에서 영감을 받은 '로보스위프트(RoboSwift)라는 장치가 바로 그것이다. 이 작은 새는 날개를 뒤로 접어 속도를 높이면서도 공중에서의 안정성을 제어할 수 있다.

이 장치에는 3개의 카메라가 달려 있으며, 그 중 1개는 지면을 향하고 있다. 다른 2개의 카메라로는 자연 환경에서 비슷한 모습으로 칼새들 속에 끼어들어 스파이처럼 모습을 관찰할 수도 있으며, 그 이미지는 가상현실(VR: virtual reality) 헬멧과 연결할 수도 있다.

박쥐에서 영감을 받아 미군이 개발한 '컴배트(COM-BAT)'라는 소형 전투용 비행체도 있다. 태양 에너지로 날아다니는데, 전면에는 카메라가 달려있다. 미 육군에서 기존의 드론이나 무인비행체(UAV)보다 더 은밀하고 신중한 임무를 맡아 정보를 수집하는데 쓰이고 있다.