본문 바로가기

단독 [산업인 24시] 기계와 자연의 만남 ‘나노 자연 모사’

한국기계연구원 김완두 공학박사 “자연은 정교한 기계”

[산업인 24시] 기계와 자연의 만남 ‘나노 자연 모사’
김완두 공학박사가 3D 바이오프린터 앞에서 포즈를 취하고 있다.
[산업일보]
서울역 KTX역 근처 커피숍에서 한국기계연구원 나노자연모사연구실 나노융합기계연구본부 영년직연구원 김완두 공학박사를 만났다. 김 공학박사는 대덕넷에서 자연과 과학이라는 칼럼을 집필하고 있으며, 대한기계학회의 수석부회장으로 ‘자연 모사 기술’이라는 용어를 세상에 첫 선을 보인 인물이다. 김완두 공학박사를 만나 자연과 기계가 어떻게 융합될 수 있는지 그 내용을 들어봤다.


‘자연 모사 기술’의 탄생
미술에도 임화가 있다. 임화(臨畫)란 명화를 모아 놓은 화집 등을 보고 그대로 본떠서 그림을 그리는 것을 말하는데, 이것은 새내기 화가의 실력을 향상하는 데 좋은 훈련 도구다. ‘자연모사’는 이와 별반 다르지 않다.

김완두 공학박사는 “모사(模寫)는 따라 하는 것을 넘어 응용까지 생각해야 한다”고 말했다. 영어로는 Nature Inspired Technology, 즉 자연모사공학이란 뜻인데, 이것은 자연에서 영감을 얻어서 새로운 것을 만들어본다는 뜻이라고 풀이했다. 김 공학박사는 여기서 직역할 때, ‘자연 영감 기술’의 어감이 안 좋아. 이것을 ‘자연 모사 기술’이라고 바꿔 불렀다.

“자연 모사라는 용어는 2004년에 제가 만든 것입니다. 10년 전에 지금의 나노자연모사연구실 부서는 그 당시에 한국기계연구원에서 상상하는 연구를 하는 곳으로 전통적인 기계를 연구했습니다. 당시 연구원에서 미래를 대비해서 선도해나갈 수 있는 것이 없겠는가에 관한 화두를 안고 연구소 내에서 프로젝트팀을 만들었습니다”

우리의 몸도 정교한 기계
김 공학박사는 우리 몸도 ‘아주 정교한 기계’라고 말했다. 몸도 기계적으로 볼 수 있다. 김 공학박사의 말에 의하면 생각에 의한 행동으로 이어지는 과정과 같은 신경전달 메카니즘은 기계 분야에 적용하면 폭이 넓어질 수 있다는 말로 풀이된다.

기계공학은 전기 전자, 정보통신 뿐 아니라 기본적인 소재를 다루거나 원자력•전기 분야 엔지니어, 바이오메디컬 등 활용 범위가 한정돼 있지 않다.

[산업인 24시] 기계와 자연의 만남 ‘나노 자연 모사’

거북선은 자랑스러운 자연 모사의 유산
“한글이야말로 자연 모사의 최고 정점 아닙니까. 우리의 혀 모양이나, 성대 등 우리의 발음 기관을 모사해 자음을 만든 것입니다. 더욱더 뛰어난 것은 자연을 대표하는 하늘, 땅, 사람 등을 나타내는 천지인이죠. 요즘 세대에 휴대전화 문자 입력 체계인 천지인 아니면 어떻게 입력합니까? 우리 선조들은 자연 모사 공학의 DNA가 있었고, 최근에 좋은 성과도 많이 내고 있습니다”

김 공학박사는 자연 모사 기술의 역사를 묻자 이같이 답했다.

김 공학박사의 말에 따르면 거북이의 딱딱한 등 껍질, 불 뿜는 용, 등에는 고슴도치 가시까지 세 가지 동물을 묘사, 적이 쉽게 접근하지 못하도록 고안됐다.

그렇다면 자연 모사 기술의 국내외 사례에는 어떤 것들이 있을까. 조금 더 알아보기로 했다.

자연 모사 공학의 국내외 사례
김 공학박사는 일본의 ‘신칸센 고속 전철’을 하나의 예로 들었다. 고속으로 달리려면 공기 저항이 크기 때문에 전면부를 바람 저항을 최소화하도록 날렵하게 설계 됐다고 전제한 뒤 “설계자가 어떤 모양으로 어떻게 만들어야 하는지 진지한 고민을 한 끝에 물총새의 사냥 방식을 보고 아이디어를 얻었다”고 설명했다.

[산업인 24시] 기계와 자연의 만남 ‘나노 자연 모사’

“물총새가 물고기를 낚아채는 데는 긴 부리가 한 몫 하는 것이죠. 이러한 날렵한 모양에서 아이디어를 얻어 신칸센 고속 전철을 만들었습니다. 덕분에 에너지 비용을 획기적으로 감소시키고 소음도 줄였습니다. 국내에서 최근 발표된 자연 모사 사례 중 하나는 혹등고래(Megaptera novaeangliae)입니다. 아주 큰 고래인데, 지느러미를 보면 굉장히 울퉁불퉁한 혹이 달린 것이 있습니다. 과학자들이 이 혹이 왜 달려 있을까 연구해본 결과, 이 혹이 저항을 줄여준다는 사실을 알아냈습니다”

혹등고래의 혹은 물속에서 유체의 저항을 줄여주고, 소음도 줄여둔다. 김 공학박사는 이러한 원리를 팬에 적용시키고 있다고 말했다.

“에어컨 팬에도 이 기술을 접목한 것인데 에너지 효율을 높이고, 소음도 줄일 수 있는 기술을 최해천 서울대학교 기계항공공학부 교수가 개발에 성공하면서 좋은 성과를 내고 있습니다”

이뿐만이 아니라 상어 피부를 모사해 제작한 수영복의 경우 선수들의 기록 단축 효과를 가져왔지만 지금은 단속 대상이 돼버린 사례로 있다.

[산업인 24시] 기계와 자연의 만남 ‘나노 자연 모사’

동식물의 초감각 기관 모사로 국민 안전 지킬 것
김 공학박사가 지금 기획하고 있는 과제는 동식물의 여러 가지 초감각 기능 기관을 응용하고 모사해서 인간생활에 적용 시킬 수 있는 연구다.

“동식물이 가지고 있는 초감각 기관을 모사해서 국민 안전에 어떻게 적용할 것이냐. 환경 문제를 모니터링 할 것인가 등을 연구 중입니다. 또 다른 하나는 인류의 식수 문제를 해결하는 것입니다. 자연은 스스로 정화하면서 극한 환경에서도 물을 포집하고 생존하고 있습니다. 아열대에 사는 맹그로브 나무는 바다의 짠 물속에서 생존합니다. 바다의 짠 물을 걸러내는 여과 장치가 있기 때문입니다. 무동력으로 해수를 담수로 변환할 수 있습니다. 만약 이를 자연 모사 공학으로 재연될 수만 있다면, 독도에 물을 공수하지 않아도 되겠죠”

안개와 구름은 사실 다 물이다. 김 공학박사는 고산지대로 갈수록 안개가 자욱하지만 물이 없다는 점을 지적했다.

이것을 자연 모사 공학으로 풀어낼 수 있다면, 안개를 물로 전환할 수 있는 것이다. 솔방울에 맺힌 이슬처럼 자연은 이전부터 자생적으로 활동하면서 생존하고 있다.

그리고 이제는 사람 차례다.
김현지 기자 press1@kidd.co.kr

반갑습니다. 산업1부 김현지 기자입니다. 산업 관련 빅데이터(Big Data), 3D프린터, 스마트기계, 기계학습(Machine Learning), 인공지능(AI), 웨어러블 기기, 가상현실(VR) 분야 등과 함께, ‘산업인 24시’, ‘동영상 뉴스’, ‘동영상 인터뷰’ 를 통해 여러분을 찾아뵙겠습니다.

이 기자의 다른기사 보기 >
ad광고추천제품

0 / 1000

추천제품

1/9

가상화폐 시세

loader
Bitcoin logo icon

비트코인

%
Ethereum logo icon

이더리움

%
Ripple logo icon

리플

%
Provided by Bithumb logo icon