거북복의 네모난 몸뚱이엔 세련된 자동차 디자인이 숨어 있다. 꼬리 쪽이 잘록한 체형은 물의 저항을 줄여 초당 몸길이의 여섯 배까지 헤엄칠 수 있게 하며, 딱딱한 체갑(體甲)의 모서리는 몸의 균형을 잡아준다.

거북복의 유선형 몸체는 메르세데스 벤츠의 생체공학 컨셉트카에 영감을 주었다. 독일 슈투트가르트 실험실에서 풍동시험을 하는 동안 생긴 물 흐르는 듯한 증기가 이 자동차의 공기역학성을 뚜렷이 보여준다. 공기역학을 고려한 이런 디자인은 차의 연비를 리터당 30km까지 향상시킨다.

호주의 건조한 사막지대에 사는 가시도마뱀은 발로 물을 흡수해 비늘 사이의 모세관을 거쳐 입으로 전달하는 능력을 가지고 있다. 과학자들은 이 메커니즘을 모방해 건조한 지역에서 물을 획득하는 기술을 개발하고자 한다.

1948년 자신의 바지와 개의 털에 달라붙은 엉겅퀴를 살펴보던 스위스의 공학자 조지 드 메스트랄은 가시 끝에 작은 갈고리가 달려 있는 것을 보고 영감을 얻어 ‘벨크로(일명 찍찍이)’를 발명했다. 하지만 패션 디자이너들이 자신의 발명품을 선뜻 사용하지 않자 그는 실망하고 만다. 그의 사촌 이티엔 딜리세는 “뜯을 때 나는 잡아 찢는 듯한 소리 때문”일 거라며 벨크로는 훨씬 뜻 깊은 일에 쓰였다고 말한다. “최초의 인공심장 수술과 우주여행에 사용됐어요.”

NASA는 달로 떠나는 비행사들의 우주복과 신발에 발명된 지 얼마 되지 않은 벨크로를 부착했다. 1972년 아폴로 호에 탑승한 존 영의 장갑(위)도 마찬가지였다. 무중력 상태에서 물품을 고정시키는 용도로 사용된 벨크로는 헬멧을 쓴 상태에서 얼굴을 긁는 용도로 쓰이기도 했다.

순간적으로 쩍 달라붙지만 잘 떨어지진 않는 벨크로. 갈고리와 고리로 이루어진 벨크로(위, 전자 현미경 사진)는 이제 지퍼만큼 널리 사용되고 있다.

널리 애용되는 ‘벨크로’는 인간만큼이나 여러 번 달나라에 다녀왔다. 스위스의 공학자 조지 드 메스트랄이 하이킹을 나갔다가 자신의 옷과 애견에 달라붙은 엉겅퀴 가시에서 영감을 얻어 만든 벨크로는 초창기에 우주비행사 앨런 셰퍼드의 우주복 부품을 부착시키는 데 사용되기도 했다(위, 1971년 아폴로 14호 달 탐사). 또한 우주선이 지구로 귀환하는 동안 선내 물품을 제자리에 고정시키는 역할도 했다. “물품이나 장비가 고정되어 있지 않고 무중력 상태에서 떠돌아다니면 대기권에 재돌입할 때 위험한 미사일이 될 수 있습니다.” 스미스소니언 박물관의 전문가 아만다 영은 말한다.

1982년 독일 본대학교의 식물학자 빌헬름 바르틀로트는 연잎에 자연적인 자정 및 방수 기능이 있다는 사실을 알아냈다. 연잎의 미세한 나노구조가 연잎에 떨어진 물을 구슬 모양으로 뭉치면 물방울이 수은처럼 또르르 굴러가면서 표면의 먼지를 쓸어준다.

바르틀로트는 특허를 내고 이런 작용을 ‘연꽃 효과’라 칭했다. ‘로투산’ 페인트(위쪽 나무토막 참조)는 연꽃 효과를 상업화한 대표적인 제품이다. 미세한 돌기가 주입된 이 페인트는 수십 년이 지나도 물과 오물이 흡수되지 않는 것으로 유명하다.

생체모방공학자 프랭크 피시는 혹등고래 지느러미(위쪽, 죽은 고래에서 잘라냄)에서 영감을 얻어 한쪽 날이 톱처럼 생긴 터빈 날개를 만들었다. 혹등고래의 물결 모양 지느러미는 고래가 급선회할 때 힘을 더해준다.

캐나다 풍력에너지연구소에서 과학자들은 혹등고래에서 착안한 터빈 날개가 일반 터빈 날개보다 더 낮은 풍속에서 더 적은 소음을 내며 세차게 돌 수 있는지 시험하고 있다.

전자 현미경이 상어가 자랑하는 재빠른 수영실력의 비밀을 밝힌다. 상어 전문가 조지 버제스는 이빨처럼 생긴 이 방패비늘 덕분에 물이 “미세한 홈 사이사이로 쏜살같이 흘러 들면서” 마찰이 감소된다고 말한다. “얕은 개울에 출렁거리는 물과 강의 급류를 비교하면 됩니다.” 방패비늘은 표면에 따개비와 조류가 들러붙는 것도 방지하는데, 이런 특징을 차용한 합성 코팅제가 머지않아 미 해군 소속 선박에 사용될 수도 있다.
사진: Eye of Science/Photo Researchers Inc.

올림픽 메달을 열 개나 딴 수영선수 개리 홀 2세가 입고 있는 스피도 사의 ‘패스트 스킨’은 상어 비늘에서 영감을 얻은 것으로, 물의 항력을 줄여 속도를 높이는 기능을 한다. 그래도 “나를 자기 편으로 착각하는 상어는 없을 겁니다.” 플로리다 주의 레이스클럽에서 훈련을 하던 홀이 말한다.

초소형비행체(오른쪽)의 날갯짓은 아직 진짜 검정파리의 복잡한 U자형 날갯짓을 따라가지 못한다.

하지만 조만간 이 로봇도 땅에서 벗어나 하늘을 날 수 있을 것 같다. 측면에 달린 전기작동기를 동력원으로 하는 로봇의 얄팍한 날개는 초당 275번 날갯짓하는데, 이것은 영감의 원천이 된 검정파리보다도 빠른 속도다. “진짜 파리의 날개는 회전하면서 날갯짓하는 놀라운 기능을 가지고 있어요.” UC버클리의 로널드 피어링은 말한다. “우리의 과제는 클립보다 20배 가벼운 로봇에 들어갈 만한 효율적인 소형 장치를 개발하는 거예요

토케이도마뱀붙이는 발가락에 끝이 주걱처럼 생긴 섬모(발가락 하나당 약 650만 개 정도)가 나 있어 표면에 잘 달라붙고 벽과 천장에서도 민첩하게 움직일 수 있다.

스탠퍼드대학교에서 개발한 스티키봇은 도마뱀붙이처럼 이곳저곳을 돌아다닐 수 있다. 도마뱀붙이의 해부학적 특징을 모방해 만든 스티키봇은 털이 빽빽한 발가락으로 물체 표면에 탈착할 수 있지만, 움직이는 속도는 도마뱀붙이에 훨씬 못 미친다. 과학자들은 언젠가 이 로봇이 수색 및 구조 작업에 이용되기를 바란다.

UC버클리의 로널드 피어링 교수와 그의 동료들이 개발한 스티키봇의 발바닥을 전자현미경으로 스캐닝하면 도마뱀붙이 발바닥의 섬모에서 영감을 얻어 개발한 초미세합성섬유(마이크로파이버)를 관찰할 수 있다. 이 섬유를 매끄러운 표면에 대고 누르면 분자 수준의 인력이 발생해 ‘달라붙는’ 도마뱀붙이의 섬모와 비슷한 효과가 나타난다. 1cm2당 4000만 개가 넘는 초미세합성섬유는 놀라운 접착력을 생성해낸다. 이 섬유로 된 장갑을 끼면 유리벽에 붙어 있을 수도 있다.

끝이 주걱처럼 생긴 수백만 개의 섬모 덕분에 도마뱀붙이의 발바닥은 막강한 ‘접착력’을 지닌다. 그 못지않게 놀라운 것은 도마뱀붙이의 민첩성이다. 토케이도마뱀붙이는 2500여 개의 섬모만 있으면 거꾸로 매달려 있을 수 있다. 오리건 주 루이스앤클라크대학교의 생물학자 켈러 오텀은 말한다. “섬모 650만 개를 동시에 부착하면 130kg까지 지탱할 수 있어요. 하지만 이 동물은 이렇다 할 힘을 주지 않고도 1000분의 1초 내로 발을 움직일 수 있죠.” 녀석이 이렇게 할 수 있는 것은 발을 들어올릴 때 섬모의 각도(약 30도) 때문이다.

박물관에 있는 호박 속에 갇힌 파리의 표본엔 자연의 탁월한 공학기술이 들어 있다. 생물학자 앤드루 파커는 전자 현미경을 통해 이 파리의 눈을 관찰하다가 빛 반사를 감소시키는 것으로 보이는 미세한 주름에 흥미를 느꼈다. 그는 광학을 연구하는 공학자들과 함께 빛 반사를 감소시키는 다른 구조를 찾아 박물관 소장자료들을 샅샅이 뒤졌다. 곤충에서 영감을 얻은 이 기술은 현재 컴퓨터 모니터와 태양열 판의 빛 반사를 줄이는 데 응용되고 있다.

1960년대 나방 눈의 나노구조를 연구하던 과학자들은 이 눈의 다면체 표면(위쪽, 전자 현미경 사진)이 빛 반사를 감소시킨다는 사실을 알아냈다. 독일 프라이부르크의 첨단 기업 홀로툴스에 소속된 공학자들은 레이저를 사용해 감광성 도료에 이와 비슷한 각면을 새겨 넣는다.

과학자들은 참 대단하네~~