<그림. KISTI 미리안 사진자료
출처. KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』>
해마의 꼬리는 왜 정사각형 모양일까?
해마의 꼬리는 왜 정사각형 모양일까? 다국적 연구팀이 이에 대한 답을 발견하였으며, 이는 더 나은 로봇 및 의학 장치를 만드는 데로 이어질 수 있다. 간단명료하게 말하면 체절(segment)이 중첩된 형태를 가지는 정사각형 모양의 꼬리는 원통형의 꼬리보다 더 나은 방호기관이 되도록 하며, 쥐거나 잡는 것을 더 잘하게 만든다.
연구자들은 이러한 연구결과를 2015년 7월 3일에 미국의 전문 과학 학술지인 사이언스(Science)에서 발표하였다.
“동물 꼬리의 대부분은 원형 또는 타원형의 단면을 가지지만, 해마는 예외이다. 우리는 왜 그럴까 궁금하였다. 우리는 정사각형 형태의 꼬리가 파지 능력과 방호기관이 모두 필요할 때 더 유리하다는 것을 발견하였다”고 이 연구의 책임 연구자이며, 미국 클렘슨 대(Clemson University) 기계공학과 조교수인 마이클 포터(Michael Porter)가 말했다. 마이클 포터 조교수는 미국 캘리포니아 대 샌디에이고 캠퍼스(University of California, San Diego)에서 2014년에 재료학 및 공학으로 박사학위를 받았다.
또한, 놀랄만한 정사각형 판은 해마의 꼬리가 더 단단하고, 더 강하게 만들며, 동시에 변형에 대한 저항성을 더 높인다. 일반적으로 이들 특성 중 어느 하나는 적어도 다른 하나를 약화시키는 경향이 있다고 마이클 포터 조교수가 전했다. 마이클 포터 조교수 연구팀은 정사각형 모양을 가진 꼬리가 이들 특성 모두를 강화시키는 이유를 알고자 연구를 시작하였다.
연구자들은 정사각형 판이 파손될 때 단지 미끄러지는 방향인 하나의 자유도로 이동한다는 것을 발견하였다. 반면에 원형 판은 두 개의 자유도를 가져서 미끄러지면서 회전한다. 결과적으로 정사각형 판은 영구적인 파손이 시작되기 전에 훨씬 더 많은 에너지를 흡수한다.
연구자들은 이러한 결론을 얻기 위하여 해마의 꼬리에 대한 단순화 모델을 3차원 인쇄술로 제작한 후에 굽히고 비틀고 수축시키고 파손시키는 실험을 수행하는 것을 포함하여 다양한 방법들을 사용하였다. 또한, 연구자들은 자연에서는 존재하지만 중첩하는 원형 체절로 만들어진 꼬리 모델에 대하여 3차원 인쇄술로 제작하고 유사한 실험을 수행하였다.
"우리는 3차원 인쇄술과 같은 새로운 기술을 이용하여 생물학적 설계를 모사할 뿐만 아니라 자연에서 발견되지 않는 가상의 모델을 제작한다. 다음으로 우리는 새로운 공학적 응용분야에서 사용하기 위한 영감을 얻기 위하여 이들 모델들을 서로 비교하는 실험을 수행한다. 이러한 과정은 왜 생물학적인 시스템이 이렇게 진화하였는지를 설명할지도 모른다”고 마이클 포터 조교수가 설명하였다.
사이언스에서 발표된 연구는 마이클 포터가 캘리포니아 대 샌디에이고 캠퍼스에서 벨기에의 겐트 대(Ghent University) 진화 생물학과 교수인 도미니크 아드리아엔스(Dominique Adriaens), 캘리포니아 대 샌디에이고 캠퍼스 재료학 및 공학과 교수인 조안나 맥키트릭(Joanna McKittrick) 및 마르크 메이어즈(Marc Meyers)와 협력하여 시작한 것이다다.
“마이클 포터는 생물학적 특성을 설명하기 위하여 공학과 기술을 이용하기로 결정하였다”고 마이클 포터의 지도 교수였으며, 사이언스 논문의 공동 저자인 조안나 맥키트릭 교수가 말했다. “당신은 자연을 단순화하여 이를 실험실에서 연구할 수 있다. 다음으로 당신은 생물학에서 영감을 얻은 새로운 구조 및 장치를 만들 수 있다”고 역시 마이클 포터의 공동지도 교수였으며, 사이언스 논문의 공동 저자인 마르크 메이어즈 교수가 말했다.
클렘슨 대에서 마이클 포터 조교수의 연구팀은 이제 이 방법을 다른 다양한 자연계 및 가상 시스템을 모사하는 새로운 구조 및 로봇 시스템을 개발하는 데에 적용하고 있다. 이는 마이클 포터 조교수의 연구가 공학을 위한 영감의 원천인 생물학, 생물학 탐험을 위한 도구로서의 공학 등과 같이 여러 분야를 아울러 변형되도록 할 것이다.
■ KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 http://mirian.kisti.re.kr