몸에서 매우 가는 줄을 뽑아 공중에 집을 짓고 사는 절지동물(등뼈가 없는 무척추동물 중 외골격이 딱딱하고 몸에 마디가 있는 동물) 거미. 이 거미의 특징을 이용한 연구들이 한창이다. 물에 젖어도 망가지지 않는 튼튼한 거미줄과 거미의 예민한 촉각 같은 특징을 차세대 소재에 적용하고자 하는 것.

최근 영국 맨체스터대는 거미가 뛰어오르는 모습을 연구한 뒤 “공중을 나는 차세대 로봇을 만드는 일에 이를 적용할 예정”이라고 밝히기도 했다. 거미의 특징을 활용한 과학 연구에는 또 무엇이 있을까?​


굴러다니는 거미 로봇


훼스토가 만든 생체모방 로봇 ‘바이오닉휠봇’. 훼스토​

생체모방 로봇을 만드는 독일 기업 훼스토가 지난달 거미를 닮은 새로운 생체모방 로봇 ‘바이오닉휠봇’을 공개했다. 생체모방 로봇이란 생물체의 특성을 본떠 만든 로봇. 연구진은 아프리카 대륙의 사하라 사막에 사는 플릭플랙 거미의 특성을 접목한 로봇을 만들었다. 이 거미는 공중제비하는 것처럼 몸을 굴리며 움직인다. 이 때문에 플릭플랙 거미는 모래로 이루어진 사막에서 걸을 때보다 구를 때 같은 시간에 2배 많은 거리를 움직일 수 있다. 환경에 적응해 진화한 것.

플릭플랙 거미처럼 이 로봇은 걸을 수도 구를 수도 있다. 네 쌍으로 이루어진 발 중 세 쌍을 이용해서 거미처럼 걷는다. 구르는 모드로 전환하면 걷는 데 쓰이던 세 쌍의 발이 나란히 이어져 바퀴 모양으로 바뀌고 나머지 한 쌍의 발이 땅을 디디며 구른다.

이 로봇은 지형이 험한 곳에서도 잘 움직일 수 있기 때문에 군용 로봇으로 쓰이거나 재난현장에 쓰일 수 있다.​

플릭플랙 거미

바이오닉휠봇이 구르는 모습​

예민한 촉각 닮았어요


포스텍·충남대 연구진이 개발한 미세한 금이 간 센서를 확대한 모습. 충남대 제공​

거미는 시력이 좋지 않은 대신 매우 좋은 촉각을 지녔다. 발을 통해 거미줄에 걸린 날벌레의 날개 진동까지 느낄 수 있을 정도. 이 거미의 예민한 촉각을 이용해 전신 마비 환자들이 원하는 단어를 구사할 수 있도록 돕는 의사소통 시스템이 지난해 12월 포스텍(포항공대)·충남대 연구진에 의해 개발됐다.

연구진은 거미의 발 구조를 분석한 뒤 이를 모방해 관절의 움직임은 물론 피부가 움찔하는 정도의 미세한 움직임도 모두 감지할 수 있는 센서를 개발했다. 이 센서는 미세한 주름이 많은 거미의 발바닥 모양처럼 미세한 금이 많이 있다. 전류의 흐름에 따라 금이 떨어졌다가 붙으며 눈에 보이지 않는 떨림까지 측정한다. 높은 민감도를 가진 덕분에 손끝의 미세한 움직임이나 눈 깜빡임을 이용해 전신 마비 환자들이 의사소통하도록 도울 수 있다. 눈 깜빡임의 길이를 모스부호(선과 점으로 글자를 표현하는 방식)에 대입해서 하고 싶은 말을 전달하는 식이다.

거미줄 배터리


성균관대 연구진이 개발한 입체 탄소나노튜브 망에 철 산화물 나노입자가 붙어있는 가상도. 성균관대 제공​

거미뿐 아니라 거미가 만든 거미줄을 생체모방한 기술도 있다. 지난해 9월 성균관대 박호석 교수 연구팀은 거미줄의 구조와 기능을 모방해 리튬이온전지의 전극(전지의 양극과 음극) 소재를 개발했다.

연구팀은 거미줄처럼 표면이 끈적한 입체 탄소나노튜브 망을 만들었다. 여기에 마치 거미줄에 붙은 벌레처럼 철 산화물 나노입자를 고정해 전극 소재를 만들었다. 탄소나노튜브는 가느다란 실이 뭉쳐있는 모양새로 크기에 비해 표면적이 넓어 더 많은 에너지를 저장할 수 있다. 여기에 산화물 나노입자를 고정하면 안정성이 생기며 더 많은 에너지를 저장할 수 있는 것. 충전도 더 빠르게 할 수 있다.

에너지 저장 능력과 충전 속도를 높인 리튬이온전지는 스마트폰이나 노트북, 전기차 등에 유용하게 쓰일 수 있다.

▶어린이동아 이지현 기자 easy27@donga.com

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