자연모방기술과 생체모방기술

네이처 계열의 NPG Asia Materials에 실린 리뷰에 발표된 상업적으로 이용가능한 자연(생체)모방 제품들. 안쪽 초록 원은 생물의 기능 모방 제품, 가운데 노란 원은 생물의 특징 모방 제품, 바깥쪽 파란 원은 생물의 형태 모방 제품.

 

자연自然에서 영감을 얻어 지구와 인간의 복잡한 문제들을 해결하기 위해 개발되어 온 자연모방기술 Naure-inspired technology과 함께 최근 바이오 대전환이라는 경향과 맞물려 생명의 기본 원리가 산업의 변화와 혁신을 촉진할 것으로 기대되는 생체모방기술 Bio-inspired technology(Biomimetic technology, Biomimetics, Biomimicry)에 대한 관심이 한층 높아지고 있다.

 

더없이 훌륭한 수백만 개의 프로세스, 재료, 디자인 등으로 구성된 자연에서 우리가 받는 영감은 지구와 인간의 다양한 문제를 해결할 수 있는 아이디어가 될 수 있기 때문이다.

특히 자연에서 발견되는 재료는 공학적 노력 없이도 쉽게 사용 가능할 것으로 기대된다.

 

자연모방기술이란 자연 현상과 생태계 내 생물체의 기본 원리 및 기전(메커니즘) mechanism을 모방하는 기술이다.

생물체는 물론 사막의 모래 형태, 파도에 깎인 바위, 구름 형태 등 자연을 구성하는 무생물에서 영감 즉 아이디어 idea를 얻어 삶의 질을 높여 우리들의 삶을 풍요롭게 만드는 융합기술인 것이다.

자연모방기술 가운데서 생물체의 기능과 형태를 모방하는 기술이 생체모방기술이다.

 

자연모방기술이 구조와 재료 등 다양한 공학 분야에 적용되어 활용되는 예는 다음과 같다(위 그림 '자연영감산물' 참조).

구조 분야에서는 꿀벌이 만든 6각형의 벌집을 활용하여 건축 현장에서 사용하고 있으며, 도마뱀붙이 gecko의 발바닥 주름이 잡힌 구조는 접착력을 높일 수 있어 이 구조를 운동화에 적용하여 미끄러지지 않는 운동화를 만드는 것이다.

재료 분야에는 거미줄과 홍합 분비물이 대표적이다.

거미줄은 아주 가늘지만 강철 같은 강도와 고신축성이 있어 수술용 실이나 방탄조끼(유전자변형 거미줄) 등의 재료가 사용할 수 있다.

또한 암석에 붙어사는 홍합이 분비하는 콜로이드 접착단백질은 접착력이 아주 뛰어나 의료용 등 생체접착소재를 만들 수 있다.

 

 

영감과 모방의 차이와 단계

 

국제표준기구인 ISO에서는 위 그림처럼 '영감 Inspiration'은 창의성을 자극하여 아이디어를 얻거나 기능을 파악하는 초기 단계이며, 여기서 기술 개발이 점차 진보하여 설계 및 제작에 들어가면 '모방(기술) Mimetic, 최종적으로 제품이 만들어지면 '모방(제품) Mimicry' 과정 등으로 구분하고 있다.

 

 

미국 생체모방연구소에서 선정한 2021년 10대 생체모방 새싹기업(스타트업)

 

미국의 생체모방연구소 Biomimicry Institute는 해마다 10개의 생체모방 새싹기업(스타트업) startup을 선정하여 '희망의 빛 상 Ray of Hope Prize'을 수여하고 있다.

위 그림에서 보듯이 작년인 2021년에는 거미줄 생체모방기술을 개발한 영국의 스핀텍스 엔지니어링 Spintex Engineering이 1등으로 뽑혔고, 버섯 균사체 mycelium 생체모방기술로서 단열재를 제조한 바이옴 Biohm 등 모두 10개 새싹기업이 선정되었다.

 

생체모방을 포함한 자연모방기술은 정밀한 생산, 수명 연장 및 재활용성을 높이는 방향으로 발전할 것으로 예상된다.

이를 위해서는 자연에서 영감을 얻은 재료와 디자인을 예측하는 모델링과 시뮬레이션을 통해 완전히 디지털화된 프로세스를 확립하는 것이 필수적이다.

자연 및 생체 모방기술은 지속가능한 개발 목표와 연계하여 탄소 발자국 carbon footprint(배출되는 온실기체의 총량을 비교할 수 있게 해주는 지수)을 줄이기 위한 자연의 재료를 발굴하는 것이 무엇보다 중요하다.

 

※출처

1.  생명공학정책연구센터 '22. 6. 16, '기술과 산업 혁신을 촉진할 Bio-inspired technology', BioINwatch: 22-42.

2.  구글 관련 자료

 

2022. 7. 1 새샘