[음악] 자연은 위대한 스승이라는 말이 있습니다. 연잎의 방수복, 가늘지만 강력한 거미줄은 섬유로, 끈적한 도마뱀 발바닥은 테이프 접착제를, 과학자들은 자연에서 새로운 해답을 찾고 있습니다. 이이나 다시마 같은 해조류나 아니면 뭐 목장이나

돌고래 같은 해양 동물의 경우 표면이 굉장히 미끌미끌하고 해양 유기물들이 전혀 붙지 않고

해조류와 해양 동물의 미끄러운 표면에서 아이디어를 얻은 생체 모방으로 선박과 해수의 수중 마찰력을

획기적으로 줄인 저마찰 표면 기술을 개발한 과학자의 [음악] 이야기입니다. 우리나라 최초의 연구

중심 대학 이곳은 세상을 놀라게 한 수많은 생체 모방 기술들이 탄생한 곳입니다. 기존의 한계를 극복하기 위한

다양한 연구가 활발하게 이루어지고 있는데요 오늘은 특별히 3D 프린팅을 활용해 선박 모형을 만들어 수조

속에서 실험을 진행할 예정입니다 선박의 표면을 꼼꼼하게 살펴보는데 이 표면의 핵심 기술이

있습니다 이 점철 표면 중에서 이거는 저 MIS 표면이라 해서 해양 생명체를 생태 모방한 표면이 되겠습니다 스프레이로 해서 코팅을

하고 그다음에 이제 이것을 해수 수조에 넣어서 선체에 걸리는 마찰 저항을 측정하게 됩니다 오늘의 주인공은 생체 모방

기술로 주목받고 있는 이상준 교수입니다 [음악] 선박은 추진력의 약 60%를 해수와의 마찰로 잃습니다 특히 선박 하부에

붙은 수초, 따개비 등 각종 이물질은 마찰력을 가중시킵니다 그 표면이 굉장히 거칠게 돼요 거칠게

되게 되게 되면 마찰이 굉장히 늘어납니다. 그러니까 에너지 관점에서는 거의 상 운영을 못 하니까 다시 이제

그 선박에서로 다시 와서 연 주기로 들어와서 이렇게 도장하는 비용이 뭐 20억 30억 들거든요. 그리고 이제

또 다른 큰 문제는 뭐냐면 그와 같은 것을 딸이나 이와 같은 해양 기물들의 부착을 막기 위해서 로자서는 그

페인트 재료가 리하고 저 납 이런 성분인데 그런 성분이 이제 해양 생태계를 오염시키는 거로 밝혀져

가지고 기존에 사용하던 독성 물질이 함유된 페인트에 대해서 해양 환경 규제가 강화되고 있는데요. 그렇기

때문에 환경 친화적이면서 에너지 효율이 높은 마찰 저항을 줄이는 원천 기술이 필요하게

[음악] 됐습니다 실제 컨테이너 대형 선박을 축소한 모형에 해류를 일으키는 수조를 작동시켜 실험이

진행됩니다 물속에서의 마찰 저항을 가장 먼저 눈으로 확인하는데요 코팅 덕분에 수조 속의

물결이 더 부드럽게 흘러가는 모습입니다 이 표면 자체는 마치 미역 다시마 같은 해조류나 아니면 돌고래

같은 그 해양동물의 그 점액층 표면을 모방한 것이거든요 입구가 좁고 안쪽이 이제 넓은 그런 어떤 저장 공간을

갖고 있습니다 그래서 저희들이 이 MIS 패밀리라는 것이 그것의 어떤 재액의 어 구조를 자연 모사한 표면이

되겠습니다 니콜라의 표피를 전자 현미경으로 확인한 결과 입구는 좁고 안쪽은 넓은 항아리 형태의 구조가

있습니다. 먹장어는 거친 해양 환경 속에서 마찰력을 줄일 해결의 열쇠를 가지고 있었는데요. 속도를 좀 더 많이 좀

올려 봅시다. 올려보게 되면 접촉각이 커지고 과연 그 결과는 어떨까요? 팔 그 성 자세히 보게 되게 되면 이게 물이

붙지 않으니까 이 앞부분에 바우 끝쪽에 충격파, 즉 파가 생기게 되죠. 아, 여기 바라 그러면 약간 볼록하게 나온

부분, 예. 2019년부터 시작된 이 연구는 지금까지 5년 동안 이어오고 있습니다. 이렇게 수조에서 실제 선박의 운항

속도로 성능 실험을 진행했는데요. 그 결과 표면 마찰력을 39% 감소시켰습니다. 최고 수준의 저마찰

성능으로 주목받는 기술인 겁니다. 자연에서 아이디어를 얻은 이런 독특한 구조는 실험실에서 바로 만들 수

[음악] 있습니다 과연 어떻게 만드는 걸까요? 어 입자 모양의 이것이 폴리스티렌이고요 이쪽이 어

로로입니다. 이 두 질을 일정 비율로 섞어서 스프레이로 이렇게 코팅을 하게 되면 표면에 물방울이 맺히게 되고 그

물방울이 나중에 청발하면서 캐비티가 형성됩니다. 눈에 잘 보이지 않지만 알루미늄

기판 위에 규칙적이고 독특한 표면이 생겼는데요. 이렇게 만들기까지 약 3년이 걸렸습니다. 이상중 교수는 이 기술에

그치지 않고 코팅 효과가 우수한 또 다른 저마찰 표면 기술을 개발하고 있습니다. 저희들이 개발한 또 다른

표면인 올리 표면은 어 이 두 가지 물질을 섞어서 만드는데요. 어 이쪽에 보이는 투명한 액체는 다공성 폴림

머인 PDMS 있습니다 그다음에 이쪽에 보이는 이 가루로 되어 있는 것은 에루카 마이로 저희들이 섞어서 올레오젤

표면을 만들게 되는데 해조류의 표면을 모방한 이 기술은 두 물질이 씨줄과 날줄처럼

하나로 엮이면서 우수한 코팅력을 가졌습니다 물방울이 동그랗게 떨어지는 모양과 각도로 효과를 확인하는

실험 이렇게 물방울이 표면에 떨어지자마자 봉긋한 원 형태로 효과를 입증합니다

중남 서천 앞바다에서 소형 선박에 부착해 약 4개월간 실증한 결과 해조류나 어폐류 등이 거의 달라붙지

않는 우수한 성능도 확인했습니다 로 해서 이렇게 했던 선박에 비해서 연비를 10% 정도를 저감시킬 수 있고 그렇게 되게 되면

대형 선박 한쪽당 뭐 40억에 한 50억 정도를 절약할 수 있을 것이고요 전 세계 선박이 대응 선박이

한 만 척 정도 되는데 그중에 한 10% 정도만 적용을 한다 그러면 1년에 유류비로 한 5조 정도는 절약을 수 있지 않을까 생각을

합니다 그날 오후 이상준 교수는 연구실 근처에 있는 포항 연구소를 찾았습니다 아 예 아 반갑습니다 아 박 오랜만입니다 오랜만에 반가운

인사를 나눴는데요 아 그러네 그가 이곳을 찾는 아주 특별한 이유가 있습니다 이상준 교수는 유체의 움직임을

측정하고 결과를 분석하는 연구를 주로 했었는데요 이곳이 생체모사 첫걸음이 됐기 때문입니다 날 장가 가는 길에 비행기 속에서 이제

신문을 폈더니 거기에 이제 포항 가속기가 이제 건설되고 모형을 지은 사진을 보게 됐습니다 그 영상에는 모기 내부 구조를 자세히 볼

보여 주는 그런 사진이었습니다 그래서 이 정도 기술이면 제가 그 당시 그때까지 개발했던 이동 영상에서

속도를 측정하는 그 기법을 적용할 수 있겠다는 생각이 들어서 어 제안을 했던 거죠 실제 현장은 달랐습니다 아주 작은

살아있는 모기를 실험하는 과정은 생각과 달리 어려움의 연속이었습니다 모기가 피를 빨아들이는

과정을 직접 보고 구조적인 기능들을 확인하고 싶었지만 생각하지 못한 여러 과정이 필요했습니다 모기가 살아 있어야

후회를 하니까 이게 이제 모기를 살아 있는 상태에서 다리를 전체를 갖다가 순간적으로 붙여 가지고 고정을 시켰고

우리가 원할 때 피를 빠는 현상을 볼 수 있게 하자 그렇게 했던 것이 뭐냐면 모기의 어떤 배에다 조그만

조금만 날카로운 핀으로 가지고 구멍을 냈습니다. 구멍을 내게 되면 이제 피가 이렇게 소화 기관에서 빠져

나오죠. 그렇게 되면 모기가 항상 배고픈 상태라서 항상 먹게끔 하고 이 엑스레이 영상을 취득을

했었습니다. 그 결과 세계 최초로 관찰된 모기의 흡혈 영상. 이게 이제 2010년도에 찍었던 라는 모기의 그

실시간 영상입니다. 쪽에 있는 시바리 펌프는 침을 통해서 피를 빨아들이는 역할을 하고요. 그다음에 두 번째 있는

파인지 펌프는 빨아들인 피를 몸속에 있는 소화 기관으로 보내서 소화를 하는 그런 역할을 합니다. 그래서 이 두 개의

펌프가 조그만 상차를 가지고 움직입니다. 앞쪽에 먼저 펌핑해서 올리고 그다음 두 번째에서 뒤로

보내고 하는 역할을 하는 이 펌프인데 어떻게 보면 이상적인 펌프 두 펌프 간에 자기 몸무게

세 배의 피를 빨아들이는 것을 세계 최초로 규명하면서 시작된 이상준 교수의 생체모방 기술 식물의 시스템을 파악해

공학적으로 응용한 식물 생리학의 창시자인 그는 식물의 잎을 모방해 소형 펌프를 만들고 바다사자의 머리 모양을 모방해

화물차의 연비를 개선하는 공기저항 저감 장치도 개발했습니다 40년 가까이 연구자의 길을 걷는 그의 노력의 결과는 이달의

과학자 상부터 국내외 여러 권의 상을 받았는데요 특히 과학기술 훈장 중 최고 등급인 창조장을 수상하며 탁월한

연구 성과를 인정받아 정년을 5년 더 연장했습니다 그날 오후 이상준 교수에게 반가운 연락이 왔습니다

잠깐만 참 BK 한서는 냈어 네 교수님 그거 연구실 있을 때 관련된 서로 자고 많이 해봤어서

어렵지 않게 잘 따라서 해서 제출했습니다 지도교수 박사 학위를 받고 졸업한 김혜정 교수인데 그가

배출한 20여 명의 교수 중에 한 명으로 졸업 이후까지 제자의 연구과제를 챙기며 소중한 인연을

이어오고 있습니다 제가 총안을 정성스럽게 마무리를 애를 써서 한 다음에 교수님께 드리면 저는 되게

이제 하나 마무리했다는 마음으로 쉬고 싶을 수 있잖아요 근데 이제 교수님은 드리면 빠르면 하루 삼색 볼펜으로

선 끝 다 수정을 해서 다시 돌려주세요 그러면 저는 쉴 시간이 없는 거죠 아 언제 쉬지 이런 생각이 들었었는데

지금 돌이켜 보면 그게 너무너무 감사한 일이었던 거예요 사실은 제자들이 열심히 해서 오늘 제가 있는

거지 뭐 저는 그냥 학생들 어떻게 보면 이게 그 합창에서 지휘하는 역할을 하니까 학생들이 잘 따라주고 라고 저 똑똑한 학생들이

많이 들어와서 오늘날이 있지 않나 생각을 합니다 어 저는 이제 학생 지도를 하면서 이제 기록을 좀 남기는

편이거든요 그래서 여기 있는 폴더 중에 위에 거는 이제 연구실에서 포스닥으로 있는 친구들 그다음에 이쪽은

이제 대학원생 그다음에 연구 참여하는 학생들의 어떤 그 캐비넷입니다 이명우 학생 그 폴더인요 학생들이 이제

연구실에 들어오게 되면 제일 먼저 하는 게 장래 희망을 쓰라 그래요 장래 희망을 대학 기업 연구소 이렇게

했는데 우 학생들은 교수라고 적어 내거든요 그러면 야 이렇게 해가지고 교수가 되겠냐 정부 출연 연구소 적어내야 되는

야 이 정도 해가지고 정부 출연 연구소 이렇게 내 가지고 어려운데 이렇게 이야기를 해요 학생들 선 거니까

그렇게 해서 이제 학생들 자극을 하죠 가끔은 학생들이 약간은 느슨해지면 타임테이블을 작성하라 그럽니다 과제

미팅 이걸 이야기하는 거고 연구에 몇 시간 그다음에 이 강의를 강의를 듣고 숙제하는데 몇 시간 이렇게 해서

일주일 동안에 몇 시간 일을 했는지 이게 써내게 합니다 연구자로서 이제 기반을 닦아서 혼자서 연구할 수 있는

능력을 갖춰야만 졸업을 시켜 시켜야 된다고 생각을 하기 때문에 만큼 스스로 연구할 수 있는 그런 능력을 키워야

되는데 거기까지는 어느 정도 이게 지도 펜들이 필요하지 않나 생각을 합니다 오늘은 아주 특별한 분과의 전형

약속에 있어 차를 타고 직접 모시러 갔는데요 그 주인공은 바로 이상준 교수의 동반자 안녕하세요 두 자녀를 출가시킨 뒤

바쁜 연구 일정 속에서도 저녁은 부인과 함께하려고 하는데요 잠깐이지만 저녁 데이트를 즐깁니다

이상준 교수가 앉자마자 갑자기 전화기를 들었습니다 오마이 링이라는 애칭 그 주인공은 누굴까요 어 오마이 달링이

주인공이신네 허니허니 님이 전화를 했네요 아 몇 년 동안 이런 애칭으로 부르신 건가요 휴대폰 개통되고 나서 계속 그

휴대폰이 어 이 이름을 넣어 가지고 이제 상대방 단축 코드가 있을 때 있고 나서부터는 계속 이걸 쏘았던 거

같아요 결혼 생활 40여 년 동안 변치 않는 것은 처음과 같은 배려하는 마음입니다 함께하며 서로 다른 점들도

있었지만 서로가 가진 장점으로 상대방의 단점을 보완했고 그렇게 없어선 안 되는 든든한 동반자로서 늘

함께하고 있습니다 내오기 전에 여성 개발원에 공채 1기로 들어갔잖아요 나 따라 포항을 안 내려오고 여성

개발원에 계속 있었으면 후회는 없어요 미안하게 생각해 주세요 고맙고 저 그걸 다 했었으니까 그건 고마운

일이고 어떻게 보면 본인은 즐긴다 하지만 제가 봤을 때 힘든 과정을 남보다 5년을 더 해야 되는데

어떨 때 보면은 이렇게 뒤돌아 있는 그 어깨가 좀 나이 들어가는 게 보이니까 좀 마음이 아프다 그럴까요 저녁 식사를 날

밤 집으로 돌아가지 않고 도착한 곳은 연구실입니다 매일 밤 11시까지 연구실에 머무르는데 셀프 클리닝 좀

다르고 솔라 매주 새로 나온 모든 장의 논문을 검토하는 시간입니다 이상중 교수는 현재까지 약

600여 건의 논문을 발표할 정도로 왕성한 연구 중인데요 내장으로 눈이 좀 불편하지만 매일 이렇게까지 논문을 확인하는

이유가 있습니다 지금 현재 하는 연구가 좀 더 발전하려고 그러면 최근에 새로 나온 기술 중에 어디 그니까 받아들

[브라보K-사이언티스트] 생체모방기술, 자연 속에서 해답을 찾는다! / YTN 사이언스

기초과학부터✨ 과학기술 트렌드까지💡
YTN사이언스에서 유익하고 재미있는 과학을 만나보세요 :)

YTN사이언스는 한국의 뉴스채널 YTN과 
과학기술정보통신부가 손잡고 함께 운영하는 
우리나라 최초의 24시간 과학전문 방송입니다.
 
http://science.ytn.co.kr/

YTN 사이언스

생체 모방 기술을 활용한 저마찰 표면 기술 개발

자연에서 영감을 얻어 새로운 해답을 찾는 과학자들의 연구

해조류와 해양 동물의 미끄러운 표면 연구

생체 모방을 통한 선박과 해수의 수중 마찰력 감소 기술 개발

3D 프린팅을 활용한 선박 모형 제작 및 수조 실험

해양 생명체 모방 표면(MIS 표면) 코팅 및 마찰 저항 측정

선박 마찰 저항 감소의 필요성과 기존 기술의 한계

선박 추진력의 60% 손실 원인: 해수와의 마찰

선박 하부 이물질 부착으로 인한 마찰력 증가

선박 도장 비용 증가 및 환경 오염 문제

기존 페인트의 독성 물질 함유 및 해양 환경 규제 강화

환경 친화적이고 에너지 효율이 높은 저마찰 기술 필요성

저마찰 표면 기술의 성능 및 제작 과정

컨테이너 선박 모형을 이용한 수조 실험

해조류와 해양 동물의 점액층 표면 모방

표면 마찰력 39% 감소 성능 검증

폴리스티렌과 실리카 혼합 스프레이 코팅 공정

다공성 폴리머(PDMS)와 에루카산을 이용한 올레오젤 표면 기술 개발

이상준 교수의 연구 경험과 교육 철학

포항 가속기 연구소에서의 모기 흡혈 연구 경험

식물과 동물을 모방한 다양한 생체 모방 기술 개발

제자들과의 끈끈한 관계 유지 및 지도

학생 지도 및 연구 기록 관리 방식

가족과의 관계 및 연구 생활 균형

이상준 교수의 인생관과 동기 부여

어머니의 죽음 이후 연구에 대한 열정

43년간 꾸준히 이어온 단전호흡 수련

탄화된 나무를 이용한 해수 담수화 기술

전력이나 에너지 장치 없이 이용 가능한 장점

간단하고 저렴한 제작 과정 및 높은 효율

연구 신념: 세상에 공짜는 없고, 영원한 비밀은 없다