[지식재산학] 자연과학개론

1. 생체모방기술(Biomimetics)의 정의

 

생체모방기술은 생물체가 가진 다양한 기능을 인위적으로 모방하여 이용하는 기술로 다양한 생물체가 가지고 있는 기능 중에서 사람에게 편리하게 쓰일 만한 기능을 모방하여 그 기능을 사용할 수 있게 하는 것을 말한다. 생명을 뜻하는 ‘바이오(Bio)’와 모사, 모방을 의미하는 ‘미메틱(mimetic)’라는 단어를 합성한 용어다. 최근에는 외형적인 부분만 모방하는 것이 아니라 생체에 있는 미세한 세포 효소단백질과 같이 아주 작은 부분을 차지하는 생체모방기술을 연구하기도 한다.

생체모방기술에 대한 연구가 활발한 이유는 크게 두 가지가 있다.

첫 번째, 생명체가 진화하며 특화된 특징을 모방한다. 생명체가 그 특징을 가지고 있다는 것은 적응과 진화를 통해서 특정 환경에 살아남기 위해서 그 특징을 발현해 냈다는 것이다. 이는 그 특징이 그만큼 뛰어나다는 것을 말하며 그 특징을 가지고 있는 생명체가 부딪쳤던 문제와 비슷한 문제에 대한 해답이 될 수 있기 때문이다.

두 번째, 자연에 친화적인 형태를 모방한다는 것이다. 생명체가 진화를 통해서 갖게 된 특징들은 그 생명체가 살아가는 환경에 적응한 결과이다. 따라서 그 특징은 환경에 순응할지언정 피해를 주지는 않는다. 현대의 과학기술 대부분은 환경을 파괴하고 있고, 이렇기 때문에 환경을 보존해야 한다는 관점에서 보면 생체 모방 기술은 다른 기술에 비교해서 환경을 파괴하지 않을 수 있는 기술이라는 점에서 생체 모방 기술에 대한 연구가 활발한 것으로 보인다.

 

2. 생체모방기술(Biomimetics)의 사례

1)    Whale wind turbines

혹등고래는 무게가 무려 36톤이나 되지만, 바다에서 가장 우아한 수영 선수, 잠수부, 다이빙 선수 중 하나이다. 생물역학자인 Frank Fish는 혹등고래의 이러한 능력이 지느러미 전면에 있는 울퉁불퉁한 돌기 때문이라고 이야기하고 있다. 항공기 날개와 비슷한 원리로 고래들도 양력을 증가시키기 위해 다양한 각도로 지느러미를 사용하고 있다. 하지만 작은 돌기를 가진 지느러미는 8%의 더 나은 양력과 32%의 더 적은 항력을 나타내었고, 40%의 가파른 지느러미 각도에서는 실속(급격히 양력을 잃어버리는 현상)에 저항한다는 사실을 알게 되었다. 이 연구 결과를 통해 혹등고래들이 어떻게 촘촘한 원을 그리며 물고기들을 '거품 그물(bubble net)‘ 에 가두어 사냥하는지도 추론할 수 있었다. 피쉬는 더 많은 연구를 통해 톱니 모양의 가장자리를 가진 풍력 터빈이 일반적인 부드러운 날개보다 더 효율적이고 조용하다는 것을 밝혀내었고, 이를 풍력터빈에 적용해서 터빈의 성능이 두 배 향상된 더 효율적인 터빈을 생산할 수 있었다.

2)    Kingfisher and the Shinkansen

일본의 신칸센(新幹線)은 놀라운 속도와 효율로 유명하다. 하지만 시속 300km가 넘는 초고속 열차는 터널에서 나올 때마다 거대한 소닉붐을 일으키는 문제가 있었다. 열차가 터널 안으로 들어갈수록 압력이 더 심해졌다가 열차가 터널을 빠져나오면 초강력 저주파가 엄청난 굉음을 쏟아냈기 때문이다. 터널 주변은 물론이고, 철도 인근에서는 소음 민원이 끊이지 않았다. 소음을 줄이기 위한 차량 개량에 착수한 엔지니어들은 물총새의 부리 모양에 착안해 새로운 모양의 열차를 만들었다. 물총새의 날렵한 머리와 뾰족한 부리는 사냥할 때 수면의 파동을 거의 일으키지 않도록 도와주기 때문이다. 그 결과 고속열차의 공기저항이 30% 감소하여, 터널의 소음은 상당히 줄어들었으며, 전보다 15% 적은 전기를 사용하여 10% 더 빠르게 이동할 수 있게 되었다.

3)    홍합접착단백질

국내의 과학자들은 홍합이 단백질 접착제인 ‘족사’를 분비해 바위에 단단히 붙어서 자란다는 것을 발견하였다. 조사 결과 이 ‘족사’는 접착력이 매우 뛰어난 데다가 재생 및 흉터 예방에 탁월한 효과가 있는 것으로 밝혀졌다. 이후 연구를 통해 대량생산 방법이 개발되면서 세포용 접착제, 의료용 접착제, 의료용 상처 회복제, 치과용 접착제로 다양한 의료분야에서 활용되고 있다. 해수부는 지난 2015년 홍합을 이용해 수술용 실을 대체하는 순간조직접착제를 개발했다. 보통 일반적인 의료용 봉합실을 사용하면 몸속에서 이물질로 인식해 염증이나 흉터를 남겼지만, 홍합의 접착 단백질을 활용한 순간조직접착제는 염증반응을 일으키지 않아서 흉터를 최소화시킬 수 있다.

 

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[참고자료]

iomimetic design: 10 examples of nature inspiring technology

https://www.sciencefocus.com/future-technology/biomimetic-design-10-examples-of-nature-inspiring-technology/

연합뉴스, 홍합접착단백질 기반 생체접착물질 개발

https://n.news.naver.com/mnews/article/001/0003167687?sid=101