AI 분자 구조 설계 탄탄… 수중 강력 접착제의 힘
유용하 기자
수정 2025-08-07 00:57
입력 2025-08-07 00:57
일본·중국 공동 연구팀 개발 성공
수도 배관 구멍 막고 물속서 사용
문어 모방 소프트 로봇도 길 열려
르네상스 최고 공학자이자 예술가 레오나르도 다빈치는 “자연은 최고의 스승”이라고 말했다. 인간에게 필요한 기술을 동물과 식물의 형태나 구조를 모방해 개발할 수 있다는 것을 의미한다. 실제로 현대의 많은 과학자와 공학자는 생물의 생태나 신체 구조를 모방하거나 영감을 얻어 문제를 풀고 새로운 기술을 개발하는 ‘자연 모사 공학’을 연구하고 있다.이런 가운데 일본 홋카이도대 대학원 생명과학부, 화학 반응 설계·발견 연구소, 홋카이도대 의대, 오사카대 인공지능(AI) 연구 센터, 교토대, 중국 베이징 중앙 재경대, 쑤저우 연구소 공동 연구팀은 자연 접착 단백질에 영감을 받아 AI로 분자 구조를 설계하고 합성한 초강력 접착제를 개발했다. 이번에 개발한 접착제는 수도 배관의 구멍을 막고 물속에서도 사용이 가능한 것으로 확인됐다. 이 연구 결과는 과학 저널 ‘네이처’ 8월 7일자에 실렸다.
접착력이 뛰어난 물질이라도 물기가 많은 습한 환경에서는 사용이 어렵다. 기존에 개발된 초강력 접착 화합물은 접착력을 강화하다 보니 소재를 딱딱하게 해 쉽게 부서지는 단점이 있었다. 이에 연구팀은 박테리아나 연체동물 같은 생물체가 생성하는 천연 접착 단백질 성분에 주목했다.
일본 홋카이도대 제공
연구팀은 2만 4707개의 접착 단백질 데이터 세트를 사용해 원하는 단백질을 찾을 수 있는 데이터 마이닝 도구를 개발했다. 이를 이용해 180개의 새로운 수중 접착제 후보를 설계하고 이들의 접착 강도를 AI로 분석했다. 그 결과 접착력이 강한 수중 접착 하이드로겔 ‘R1-맥스’와 ‘R2-맥스’를 찾아냈다. 연구팀은 R1-맥스로 해안가 바위에 고무 오리를 붙이고 관찰한 결과 거센 파도와 잦은 조수 간만에도 떨어지지 않는 것을 확인했다. 또 R2-맥스는 물이 계속 흐르는 파이프에 생긴 지름 20㎜의 구멍을 막는 패치로 사용한 결과 5개월 이상 누수를 완벽하게 막는 것이 관찰됐다.
연구를 이끈 궁젠핑 홋카이도대 교수는 “이번에 개발한 초강력 접착 물질은 불규칙하고 젖은 표면에 강하게 접착해 의료용 보철물 코팅이나 웨어러블 바이오센서와 같은 다양한 생의학 분야에 응용할 수 있을 것”이라고 말했다.
미국 몬터레이만 해양 연구소 제공
그런가 하면 미국 몬터레이만 해양 연구소는 문어의 움직임을 모방해 보다 견고하고 부드럽게 움직일 수 있는 소프트 로봇을 개발할 수 있다고 밝혔다. 이 연구 결과도 과학 저널 ‘네이처’ 8월 7일자에 발표됐다.
문어는 각각 독립적으로 움직일 수 있는 여덟 개의 다리와 각 다리에는 빨판이 있어 물체를 쉽게 조작할 수 있다. 이 때문에 많은 공학자가 문어를 바탕으로 한 생체로봇 설계를 시도했지만 부드러운 움직임을 구현하는 데 실패했다.
연구팀은 캘리포니아 몬터레이 국립 해양 보호구역에 있는 ‘옥토퍼스 가든’에서 원격 조정 관측 차량으로 수심 3000m 이상 깊은 바닷속 문어의 행동을 관찰했다. 연구팀은 관측 차량에 장착된 카메라 ‘아이리스’(EyeRIS)로 문어 15마리의 움직임을 3차원으로 기록했다. 이 관찰로 연구자들은 문어의 다리 움직임과 관련된 운동역학을 분석하고, 곡률과 변형 영역을 파악할 수 있었다. 특히 진주 문어가 다리 끝을 단단히 말아 해저에 고정하고 기어가는 모습을 자세히 확인할 수 있었다.
연구를 이끈 카타니 카티자 영 박사는 “이번 연구 결과는 소프트 로봇 설계에 상당한 도움이 될 것”이라며 “아이리스 카메라는 문어 이외 여러 수생 동물과 유체 환경을 정밀하게 관찰하는 데 활용할 수 있다”고 말했다.
유용하 과학전문기자
2025-08-07 24면
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