이미지 확대보기(왼쪽부터)이승주 서울대 박사과정, 정소현 DGIST 교수, 김원정 연세대 교수, 김성재 서울대 교수, 김호영 서울대 교수
[더파워 이우영 기자] 사막뿔도마뱀이 피부와 턱 움직임을 이용해 물을 섭취하는 원리가 국내외 공동 연구진에 의해 규명됐다.
서울대학교 공과대학은 기계공학부, 전기정보공학부, 연세대학교, 대구경북과학기술원, 하버드 의과대학 공동 연구팀이 사막뿔도마뱀의 물 섭취 원리를 분석하고 이를 모사한 생체모방 수분 수집 시스템을 개발했다고 6일 밝혔다.
이번 연구에는 서울대학교 기계공학부 이승주 박사과정, 최준희 박사, 김호영 교수와 전기정보공학부 김성재 교수, 연세대학교 김원정 교수, 대구경북과학기술원 정소현 교수, 하버드 의과대학 김원석 박사 등이 참여했다. 연구 결과는 융합과학 학술지 ‘PNAS’에 게재됐으며, 해당 학술지의 ‘이주의 논문’ 섹션에 하이라이트 논문으로 선정됐다.
사막뿔도마뱀은 건조한 사막에 서식하며 비가 오거나 흙이 젖었을 때 피부 표면의 미세 통로를 통해 모세관 현상으로 수분을 머리 끝까지 이동시킨다. 다만 입가에 모인 물을 실제로 어떻게 입안으로 들여보내는지는 오랜 기간 구체적으로 설명되지 않았다.
연구팀은 초고속 카메라 관찰을 통해 사막뿔도마뱀이 물을 마실 때 입을 천천히 벌리고 빠르게 닫는 비대칭적 턱 움직임을 반복한다는 점을 확인했다. 이어 유체역학 분석을 통해 입을 천천히 벌리는 동작이 턱 주변에 남아 있는 수분 손실을 줄이고, 더 많은 물을 입안으로 밀어 넣는 데 작용한다는 사실을 제시했다.
공동 연구팀은 이 원리를 바탕으로 젖은 토양에서 수분을 수집할 수 있는 인공 시스템도 개발했다. 해당 장치는 다공성 매질인 스폰지를 이용해 흙 속 수분을 흡수하고, 모터로 구동되는 인공 턱의 비대칭적 움직임을 통해 물을 모으는 방식이다. 다공성 매질은 내부에 작은 구멍이 많이 분포해 물이나 공기 같은 유체가 이동할 수 있는 통로 역할을 하는 물질이다.
연구팀은 장치 내부의 다공성 매질에 이온 교환 물질인 나피온을 코팅해 수분 수집과 동시에 유해 중금속을 95% 이상 정화하는 결과도 확인했다. 또 이번 턱관절 모사 펌핑 방식이 스폰지를 단순히 눌러 물을 짜내는 방식보다 에너지 효율성이 높다는 점을 입증했다고 설명했다.
김호영 서울대학교 교수는 “이번 연구를 통해 오랫동안 베일에 싸여 있던 사막 도마뱀의 생존 전략을 유체역학적으로 규명하고, 이를 이용한 기계장치를 개발했다”며 “극한의 건조한 환경이나 심각하게 오염된 토양에서도 에너지를 적게 쓰며 안전한 식수를 확보할 수 있는 차세대 수자원 확보 기술의 중요한 원천이 될 것”이라고 말했다.
김성재 서울대학교 교수는 “식수도 그 양에 따라 다양한 방식으로 정수를 할 수 있는데, 본 기술은 자원이 부족한 환경에서 최소한의 식수를 확보할 수 있는 소형 정수 장치로의 응용이 가능하다”고 밝혔다.
이번 연구를 주도한 제1저자 이승주 서울대학교 기계공학부 박사과정 연구원은 이번 성과를 바탕으로 서울대학교에서 유체 제어 기술 연구를 이어갈 예정이다. 연구는 한국연구재단 지원을 받아 수행됐다.
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