소금쟁이 `점프의 비밀', 한국 과학자가 풀었다>
물 위에서 빠르게 움직이는 로봇 등 응용 가능성
소금쟁이는 어떻게 물을 박차고 뛰어오르고 다시 물에 떨어져도 물에 빠지지 않을 수 있을까?
과학자들 사이에 오랜 수수께끼로 남아있던 소금쟁이의 `수상 점프'에 대한 비밀이 마침내 국내 과학자에 의해 풀렸다.
서울대 기계항공공학부 김호영 교수팀은 11일 소금쟁이의 다리처럼 물을 밀어내는 성질이 아주 강한
초소수성(super water-repellent) 공을 만들어 소금쟁이가 물에 빠지지 않고 점프를 할 수 있는 조건을 실험과 이론으로 밝혀냈다고 말했다.
이 연구결과는 미국화학회(ACS)가 발행하는 권위 있는 학제간 학술지 '랭뮤어(Langmuir)' 18일자에 게재될 예정이다.
물 위를 걷는 소금쟁이는 과학자들의 호기심을 자극하는 좋은 연구대상이었고
과학자들은 그동안 연구를 통해 소금쟁이가 가라앉지 않는 이유를 상당부분 밝혀냈다.
소금쟁이가 다리에 난 미세한 털과 물의 표면장력 덕분에 가라앉지 않는다는 것이다.
소금쟁이 다리에 난 털 사이에 미세한 공기방울이 형성되고 이 공기방울이 물의 표면장력과 서로 밀쳐내기 때문에 가라앉지 않는다는 것이 과학자들의 설명이다.
그러나 이것만으로는 소금쟁이가 물 위에서 점프를 하는 것이 설명되지 않는다.
물을 박차고 튀어오르려면 수면에 큰 힘을 가해야 하고 물에 다시 떨어질 때도 물에 빠지지 않으려면
단순히 물에 떠 있는 것과는 다른 무언가가 필요하기 때문이다.
김 교수팀은 소금쟁이 다리 같은 초소수성 공을 만들어 다양한 속도로 물에 떨어뜨리면서 고속카메라로 촬영하여, 공이 물에 빠지지 안고 뛰어오를 수 있는 조건과 물에 다시 떨어질 때 가라앉지 않을 수 있는 조건을 밝혀냈다.
그 결과 소금쟁이가 물 위에서 점프를 하고 빠르게 움직이면서도 빠지지 않을 수 있는 비밀은
다리가 물을 찰 때의 속도에 있는 것으로 밝혀졌다.
실험에서 초소수성 공은 아주 좁은 특정범위의 속도로 물에 떨어질 때만 다시 튀어오르는 것으로 밝혀졌다. 즉 낙하속도가 이 범위보다 빠르면 공은 바로 가라앉고 이 범위보다 느리면 다시 튀어오르지 않은 것이다.
김 교수는 "이 연구는 소금쟁이의 다리가 왜 초소수성 구조로 돼 있는지, 그리고 소금쟁이가 가라앉지 않기 위해 어떻게 정확한 속도를 물을 박차는지 보여준다"며 "이는 소금쟁이처럼 물에서 뛰어난 운동능력을 가진 곤충을 모방한 수상 로봇을 개발하는 데 응용될 수 있을 것"이라고 말했다.
그는 또 "지금까지 개발된 소금쟁이 모방 로봇은 그냥 물 위에 떠다니는 정도"라며 "현재 정말 소금쟁이 모양을 갖추고 스스로 물에 떠있다가 튀어 오를 수 있는 생체모방로봇을 제작 중"이라고 덧붙였다.
