연잎에 빗물이 떨어지는 모습을 본 적이 있는가. 빗물은 결코 연잎을 적시지 못한다. 표면에서 미끄러져 땅에 떨어지거나, 잎 위에 물방울로 맺혀 있다.
이것은 연잎이 가진 초발수성 때문이다. 초발수성은 물을 튕겨내는 성질로, 연잎에 있는 머리카락 모양의 나노미터(nm·10억분의 1m) 크기 돌기 때문에 생긴다. 이 돌기는 물이 잎 표면에 달라붙지 못하게 한다.
나비 날개를 모방한 센서
오늘의 주제는 생체를 모방한 나노기술 개발이다. 현재 국내외의 많은 연구진이 이와 관련한 기술을 개발하고 있으며, 일부 성과도 나오고 있다.
이 글에서는 생체 모방 나노 기술의 첨단을 달리고 있으며, 비교적 ‘친절한’ 안내를 인터넷에 올리고 있는 미국 제네럴 일렉트릭(GE)의 사례를 소개하고자 한다. GE의 혁신그룹 나노사업부는 그동안 나비, 바닷조개, 연잎의 나노 구조를 연구해 왔다.
나비 날개의 독특한 가스 감지 나노 구조를 잘 모방하면 지하철 등 공공장소에서 사용하는 고성능 가스감지 센서를 만들 수 있다. 열대지방에 사는 모르포 나비의 날개는 대기 중의 특정 기체에 반응해 색이 변한다. 바닷조개 껍질의 고내구성 나노 구조는 가벼우면서도 단단한 물질을 만들 수 있게 해 준다. 이를 이용하면 에너지 소비를 극단적으로 줄여 주는 고효율의 가스터빈 날개 제조가 가능하다.
연꽃의 초발수성 나노 구조를 이용하면 젖지 않는 것은 물론 겨울에도 잘 얼지 않는 소재를 만들 수 있다.
물을 퉁겨내는 금속 소재
GE의 연구원들은 지난달 물방울을 튕겨내는 금속 소재를 개발했다. 그동안 많은 연구진이 초발수성 소재를 개발해 왔지만 대부분 플라스틱에 적용하는 것에 그쳤으며, 금속에 적용하지는 못했다. GE의 성공은 초발수성 소재의 응용과 적용 분야를 크게 넓힐 것으로 기대된다. 금속은 플라스틱보다 강도와 내구성이 강해 가혹한 환경에도 견딜 수 있고, 플라스틱을 쓸 수 없는 비행기·기차·자동차·중장비·엔진 등을 만드는 데에도 쓰일 수 있다.
GE 기술진은 2006년 기존의 플라스틱 제품인 ‘렉산’을 이용해 초발수성 플라스틱을 만들었다. 이는 비교적 저렴한 재료로 초발수성 소재를 만들어 냈다는 점에서 큰 관심을 끌었다. GE는 2년여가 흐른 지난달 같은 방법과 효과를 이용해 초발수성 금속물질을 개발했다.
그러나 GE는 관련 연구 결과를 논문으로 발표하지 않았고, 세부 내용 공개도 거부하고 있다. 이들은 연잎의 나노결정 왁스 구조에서 영감을 얻었다는 사실만을 밝혔다.
다만 GE 글로벌리서치센터의 한 관계자는 초발수성 금속을 만들기 위해 두 가지 다른 접근법을 실험하고 있다고 밝혔다. 첫 번째는 금속의 표면 조직에 요철을 넣은 뒤 초수성 화학물질을 코팅하는 것이다. 두 번째 방법은 금속 표면은 가만히 둔 채 코팅 자체에 요철을 넣는 것이다.
얼지 않는 비행기 날개
GE는 이 새로운 물질을 비행기 엔진과 날개에 적용해 겨울에도 얼지 않는 비행기를 만들 계획을 세워 놓고 있다. 엔진에 물이 고인 뒤 얼면 비행기에 치명적인 손상을 초래할 수 있다. 또 눈이나 비가 와서 비행기 날개가 얼면 이를 녹일 때까지 비행기가 운항을 할 수 없다.
이 기술은 가스나 스팀 터빈 제조에도 이용할 수 있다. 터빈 안에 물이 고이거나, 물 때문에 내부가 오염되지 않기 때문에 그만큼 효율이 높아져 유지 보수를 위해 운영을 중단하는 일도 줄어든다.
필자는 영어교육학과 영문학을 전공하고 경영학 석사, 공학 박사 학위를 받은 독특한 이력을 가지고 있다. 현재 아스팩미래기술경영연구소 소장으로 재직하고 있으며, 미래 기술 트렌드와 기업 경영의 접목에 대해 연구하고 있다. 숙명여대 정책산업대학원 겸임교수, 고려대 교양학부 겸임교수, 문화체육관광부 콘텐츠융합팀 과제기획위원으로도 활동하고 있다. 저서로 <디지털 비즈니스 게임> <미래 기술경영 대예측> <다른 것이 아름답다> 등이 있다.
