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전신 수영복·고속철·로봇… 동식물, 인간에게 영감을 주다

전신 수영복·고속철·로봇… 동식물, 인간에게 영감을 주다

박승기 기자
박승기 기자
입력 2020-10-27 20:22
업데이트 2020-10-28 01:46
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생물의 형태·기능 응용하는 ‘생태모방’ 미래 신기술로 주목

신비한 동식물의 세계를 모방하는 다양한 신제품이 인간의 삶을 풍족하게 하고 있다. ‘생태모방’(biomimetics)은 인간 사회의 기술·공학적 문제 해결을 위해 생물의 형태 및 기능, 생태 현상의 원리 등을 모방·응용하는 것으로 미래 신기술로 주목된다. 지구에 서식하는 생물은 진화를 거쳐 환경에 적응한 산물이다. 그걸 모방하는 생태모방은 전혀 새롭지 않고 역사도 오래됐다. 선사시대 맹수의 이빨을 모방해 화살촉을 만들었고, 레오나르도 다빈치는 새가 나는 모습에서 비행체를 설계했다. 호주 원주민들은 날개를 모방해 부메랑을 만들었다. 최근에는 국화과 한해살이풀인 도꼬마리의 가시에서 아이디어를 얻어 개발한 잠금장치 ‘벨크로’(일명 찍찍이)가 대표적이다. 불모지인 우리나라, 특히 생물·생태 분야에서 생태모방이 지속 가능한 발전의 수단으로 부상하고 있다. 생태모방은 생물의 다양성과 직결돼 자연환경의 ‘블루오션’이자 녹색산업을 선도할 수 있는 분야로 평가받는다.
생태모방 기술은 항공우주·신소재·건축 등 전 분야로 확산되고 있다. 4차 산업혁명 시대 지속 가능한 발전을 위한 성장동력으로 인식되면서 세계 각국의 생태모방 기술 경쟁도 치열하다.

벨크로는 옷에 붙은 도꼬마리 가시가 아이디어를 제공했다. 구조가 갈고리와 고리 모양으로 돼 있는 것을 발견해 단추·지퍼가 필요 없는 벨크로 테이프가 만들어졌다. 연잎 표면이 물에 젖지 않고 깨끗한 이유가 연잎에 있는 아주 미세한 돌기(초소수 구조)에 따른 발수 효과 때문인 것으로 확인되면서 방수 페인트와 코팅제 등의 개발로 이어졌다.

상어 피부와 유사한 형태의 전신 수영복은 2008년 베이징올림픽에서 신기록 작성에 기여했다. 일본의 고속철도 신칸센은 물총새가 모델이다. 물을 튀기지 않고 소리 없이 물속으로 다이빙하는 물총새의 머리와 부리를 모방한 유선형 구조를 도입해 속도는 높이고 소음은 줄였다. 무통증 주삿바늘은 모기의 침을 모방한 기술이다. 최근에는 로봇·에너지 등의 연구가 활발하다. 벌새의 장거리 지구력을 모방한 헬리콥터, 홍합의 단백질을 사용해 수중에서도 접착 가능한 접착제, 코끼리 코와 문어의 촉수를 모방해 물건을 옮기는 로봇 등이 개발됐다.

●한국 생태모방, 2035년 경제적 가치 76조

국내에서는 혹등고래 지느러미 혹 형상과 조개 표면의 홈 구조를 가져와 소음 저감 및 에너지 효율이 높은 에어컨 실외기 팬(FAN)을 개발해 2015년 특허등록과 함께 상용화됐다. 국립생태원에서는 도토리거위벌레의 큰턱 기능(확공) 모방 연구를 진행 중이다. 거위벌레는 도토리에 작은 구멍을 뚫은 뒤 안쪽 내부를 넓게 파서 알을 낳아 안전하게 보호한다. 턱의 좌우가 벌어지는 특성을 활용해 양성종양 제거를 위한 의료용 절삭기기(확공용 드릴) 시제품을 제작했다.

또 한국기계연구원과 협력해 쓰레기 매립지 안정화 작업에 활용하기 위한 공학적 연구로 확대하고 있다. 생태모방보다 광범위한 ‘자연모사’도 주목받는다. 흰개미집의 환기 시스템을 모방한 짐바브웨의 이스트게이트센터와 세포의 격자 구조를 응용한 건축물 외관 디자인 등이 대표적이다. 전문가들은 생태적 특성이 아닌 모양 자체에서 기능을 발휘할 수 있다는 점을 예의 주시하고 있다.
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김기동 국립생태원 생태정보연구실장은 “국내 5만종에 달하는 생물자원에 대한 생태와 형태 등의 연구·분석을 단계적으로 진행할 계획”이라며 “생태모방은 최종 목표 달성 과정에서 산출되는 중간 연구물을 활용할 수 있다는 점에서 매력적”이라고 말했다.

미국의 경제성 분석 전문기관인 FBEI 보고서에 따르면 한국은 생태모방을 통해 주요 산업 분야에서 상당한 변화가 예측된다. 2035년 기준 생태모방의 경제적 가치로 76조원, 일자리 창출 65만개가 가능하다는 분석이다. 특히 오염 피해와 이산화탄소 배출, 기타 환경 피해가 10% 감소할 것으로 예측됐는데 이는 1조 5000억원의 비용 절감 효과가 있다. 생태모방 분야 특허와 관련 논문에 기반한 분석이나 한국의 높은 잠재력을 반영하는 대목이다. 2007~2016년 국내 출원된 생태모방 관련 특허는 1만 8963건으로, 미국에 이어 세계 2위 수준이다.

2016년 생태모방 관련 연구논문 발표 건수가 1600건으로 최고치를 기록한 뒤 최근 3년간 연평균 1450건 나오고 있다. 다만 보고서는 “생태모방이 주로 학문적인 분야에만 갇혀 있어 대중과 투자자가 인지할 수 있는 광범위한 상업적 적용이라는 벽을 허물지 못하고 있다”고 지적했다.

전문가들은 국내 생태모방 수준을 첫걸음을 내디딘 정도로 평가한다. 생물·생태 연구 주체인 국립생태원은 2016년에야 생태모방 연구 예산 40억원이 반영됐다. 더욱이 연구개발(R&D)비는 2019년(7300만원) 처음 배정된 후 올해 6400만원에 불과하다.

국립생태원은 생태모방 활성화를 위해 ‘생태모방 공유 플랫폼’을 2023년까지 구축해 2024년부터 서비스할 계획이다. 플랫폼에서는 국내외 생태정보 데이터베이스(DB) 등을 연계해 연구 및 산업화에 제공하고 전문가 네트워크 및 교육 등도 지원하기로 했다. 유호 환경부 자연생태정책과장은 “정책적인 생태모방 지원을 위해서는 많은 검토가 필요하기에 소속·산하기관의 연구 활성화를 뒷받침할 예정”이라며 “필요하면 정부 연구개발 과제로 활용하는 방안을 추진하겠다”고 밝혔다.

●환경오염 관리 등 선별적 접근 필요

생태모방은 지식의 원천인 생물·생태 특성을 이용해 연구 및 산업에 활용하기에 많은 시간과 예산은 물론 전문 인력이 필요하다. 아이디어를 발굴하면 생태적 지식 분석을 통한 기본 원리를 적립하고 관련 기술 발굴, 기술·공학적 타당성 검토를 거쳐 제품화가 이뤄지게 된다. 생태모방은 최종 목표 달성을 위해 최소 10년 이상 투자가 필요한 장기 프로젝트다. 생물·생태 전문가와 공학, 산업 연계가 필수적이고 결과는 제품 개발이기에 해외에서는 민간이 주도하고 있다.

국회입법조사처가 3월 발간한 ‘생태모방 기술의 동향과 과제’ 보고서는 “기술 개발 후 제품화·사업화까지의 기간인 ‘죽음의 계곡’은 일시적인 자금 지원으로는 견딜 수 없다”면서 “생태모방 기술을 미래 핵심 산업으로 발전시키기 위해서는 정부의 지속적인 지원이 필요하다”고 제언했다.

전문가들은 선별적인 접근을 주문한다. 도토리거위벌레의 큰턱 기능을 모방해 환경오염 관리를 하는 것처럼 딱정벌레의 공기 중 물 포집 기능, 이끼 표면 등을 연구해 물 문제 이슈에 대응하는 방식이다. 동물에 집중되는 생태모방을 식물로 확대할 필요성도 제기했다.

김완두 한국기계연구원 자연모사응용실 연구위원은 “생태모방, 자연모사는 범위가 지나치게 광범위해 타깃을 정해 접근하는 것이 필요하다”며 “긴 호흡이 필요한 분야이기에 초기는 공공이 주도하고 중간 단계는 공공과 민간 간 협업, 이후는 민간이 주도하는 형태가 요구된다”고 강조했다.

세종 박승기 기자 skpark@seoul.co.kr
2020-10-28 18면

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