1. 충격 흡수 구조
에너지 충격 흡수란 과격한 동적 에너지를 분산시키는 것이다. 충격 흡수를 위한 구조 또는 재료는 1970년대부터 주목받아왔다. 충격 흡수를 위한 재료는 많은 산업 분야에서 유용하게 쓰이고 있는데 특히 충격에 약한 전자 기기가 발전할수록 충격 흡수에 대한 관심은 높아지고 있으며 계속 연구와 발전을 거듭하고 있다.
충격 흡수에 대한 관심은 인간의 공학적 문제일 뿐만 아니라 자연의 생명체들의 문제이기도 해서 큰 충격을 받을 대에 그 충격을 효과적으로 흡수하는 구조가 생명체에도 발견된다. 산업에서 쓰이는 충격흡수 재료는 그 구조가 변형되면서 효과적으로 에너지를 흡수하는 것에 관점이 맞추어져 있으나 생명체에서 쓰이는 충격 흡수 재료들은 그 구조가 변형되지 않고 내부적으로 충격을 흡수한다는 장점이 있다.
2. 식물의 충격 흡수 구조
⑴ 수세미의 덩굴손
수세미가 성장하면서 덩굴손은 용수철 모양으로 꼬여 침대의 스프링과 같은 역할을 해서 강한 바람 등 외부의 자극에 본줄기가 꺾이거나 쓰러지지 않도록 충격을 완화하는 작용을 한다. 이때 감긴 덩굴손을 풀어놓으면 다시 감기지 않고 풀린 상태로 그대로 있는 것을 볼 수 있다.
3. 동물의 충격 흡수 구조
: 동물의 충격 흡수구조에는 딱따구리, 거북이의 등껍질, 산양의 뿔 등 다양한 사례가 있지만 그 중 딱따구리에 대해서 조사하였다.
⑴ 딱따구리의 부리
: 딱따구리는 나무를 부리로 찍어 나무에 구멍을 만드는 특이한 습성을 가지고 있다. 딱따구리는 6~7m/s의 속도로 나무에 부리를 쪼아 댄다. 만약 딱따구리에 충격 흡수 설계가 있지 않다면 딱따구리의 머리와 부리는 산산조각 날 것이다. 그러나 딱따구리는 수 만 번의 충격을 받는다 할지라도 머리나 부리에 아무런 손상을 입지 않을뿐더러 형태도 변하지 않는다.
일반적인 새의 부리는 깃털이나 발톱 등과 같이 단백질의 한 종류인 케라틴으로 구성되어 있다. 조류가 사용하는 케라틴은 베타 케라틴으로써 포유동물의 털에서 쓰이는 알파 케라틴과는 다른 종류의 케라틴이다. 알파 케라틴은 나선구조를 가진 반면 베타 케라틴은 판구조를 가지고 있으며, 베타 케라틴은 알파 케라틴보다 뻣뻣하고 단단하다.
딱따구리의 부리는 세 개의 층을 가지고 있는데 가장 바깥층부터 케라틴 층, 기포층, 골설 층으로 이루어져 있다. 이 각각의 층은 각각의 독특한 구조를 가지고 있으며, 또한 각각 다른 경도를 가지고 있다. 이 세 층은 에너지를 흡수하는 데에서 서로 다른 역할을 하며 그것이 하나의 부리를 이루며 에너지를 효과적으로 흡수하는 것으로 보인다.
딱따구리 부리의 가장 외부에 있는 케라틴 층을 보면 비슷한 다른 새들보다 더 많은 케라틴 비늘로 이루어져 있는 것을 알 수 있다. 두 번째로 중간에 있는 기포층은 바깥쪽의 케라틴 층과 가장 안쪽의 골 성층을 연결하는 층으로써, 스펀지 구조로 되어 있어서 에너지를 흡수할 때 스펀지가 하는 것과 같이 에너지 흡수를 할 것이다. 다공성의 이 층은 밀폐기포로 구성되어 있으며 다양한 반지름의 구멍들이 분포되어 있다.
마지막으로 부리의 가장 내부층에 있는 골 성층은 구멍이 무작위적으로 분포되어 있으며, 가운데에 큰 구멍이 뚫려 있다. 또한 골성층은 수지 섬유 구조로 되어있는데 콜라겐 섬유라 유리질의 미네랄 안쪽에 박혀 있다. 단단한 미네랄 안쪽으로 질긴 콜라겐 섬유가 끼워져 있는 복합 재료의 구조이다. 이로 인해 골성층은 단단하면서도 질긴 구조를 띠고 있다. 이 층은 다른 새의 부리 단면에서는 관찰되지 않는 구조로써 딱따구리 부리에서만 나타나는 특별한 구조이다.
4. 결론
21세기에 들어 생물체에서 나타나는 공학적 디자인을 찾아서 적용하려는 생물 모방 기술이 시작되었다. 생물체가 놀랍다는 생각은 옛날부터 사람들이 해 왔던 생각이고, 다윈도 그렇게 생각하였다. 하지만 과학이 발달하기 전까지는 생물체에 이렇게 놀라운, 인간이 미처 생각지 못했던 공학적 원리가 숨겨 있을 것이라는 상상을 못 했을 것이다.
생물 모방 기술을 연구하는 저면에는 자연은 최적설계되어 있다는 믿음이 있다. 인간이 지금까지 발달시켜온 기술보다도 자연계를 연구하여 본 따 적용시킨 공학적 기술들이 훨씬 친 환경적이면서도 효과적인 예를 많이 찾아볼 수 있다.
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