공학적, 진화적 관점서 중요한 발견
서울대 교수진을 포함한 국제 공동 연구팀이 최근 다리 길이만 10cm에 달하는 것으로 알려진 거대(巨大) 소금쟁이의 수면(水面) 도약 원리를 규명한 연구 결과를 발표했다.
서울대학교 공과대학은 기계공학부(이재홍 박사, 김호영 교수), 생명과학부(김우주 박사, 하정문 박사, 박진석 박사과정, 피오트르 야브원스키 교수)와 대구경북과학기술원(DGIST‧이상임 교수), 프랑스 에콜 폴리테크니크(Juliette Amauger 박사과정), 베트남과학기술아카데미(Thai Hong Pham 교수), 베트남국립대학교(Anh Duc Tran 교수)로 구성된 국제 공동 연구팀이 ‘거대 소금쟁이(Gigantometra gigas)’의 수면 도약 원리를 규명했다고 19일 밝혔다.
소금쟁이는 물 위에서 살아가며 표면장력을 사용하는 대표적인 반수생 곤충이다. 천적은 물고기 또는 송장헤엄치게 같은 수중 곤충으로 주로 물 아래에서 소금쟁이를 습격한다. 소금쟁이는 포식자의 공격을 피하기 위해 수면을 차고 도약한다.
공동 연구팀은 앞서 일반적 크기의 소금쟁이가 표면장력을 효율적으로 사용하는 도약 원리를 밝혀 국제학술지 ‘사이언스’와 ‘네이처 커뮤니케이션즈’에 결과를 게재했다. 당시 연구에서는 일반 크기의 소금쟁이들이 도약 시 수면을 깨지 않도록 다리 속도를 조절해 도약 속도와 지연 시간을 최적화한다는 사실을 밝혔다.
연구팀은 이번 연구에서 베트남 등지에 서식하는 거대 소금쟁이의 도약 방법을 살펴봤다. 행동 분석과 수학 모델을 활용한 시뮬레이션을 통해 자세한 움직임을 분석했다. 그 결과 거대 소금쟁이는 기존 표면장력 도약만을 사용하기에는 몸집이 너무 커 충분한 도약 성능을 낼 수 없었다. 이 때문에 빠른 속도로 수면을 깨며 표면장력과 물의 저항력을 같이 사용해 도약하는 것을 확인했다. 거대 소금쟁이는 오히려 다리를 빠르게 움직여 물을 가르면서 노와 같이 물의 항력을 받아 뛰어오르는 것을 규명한 것이다.
연구팀은 “이번 연구를 통해 기존 원리와는 전혀 다른 거대 소금쟁이의 수면 도약 메커니즘을 밝혀냈다”며 “각자 다른 종들의 소금쟁이가 같은 행동을 하더라도 몸집에 따라 그 동작 원리가 전혀 달라지는 것을 보여준다며 이는 공학적 그리고 진화적인 관점에서 매우 중요한 발견”이라고 설명했다. 소금쟁이가 수면 생활에 적응하면서 여러 종으로 나뉘는 과정에서 몸집이 달라지며 수면을 이용하는 방식이 달라진 것이다.
연구팀은 이어 “그간 실제 소금쟁이와 같은 크기의 소금쟁이 모사 초소형 로봇을 만드는 게 쉽지 않았다”며 “거대 소금쟁이의 도약 원리를 모사하면 크기가 작지 않아도 수면에서 훨씬 높이 뛰는 로봇을 만들 수 있다”고 덧붙였다.
한편 이번 연구는 국제학술지 미국국립과학원회보(PNAS)에 7월 18일 게재됐다. [김성태 마켓뉴스 기자]
