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인체의 면역 시스템을 모방한 코로나 바이러스 백신, 한눈에 360도를 보는 인공 잠자리 눈을 모방한 자율 주행 자동차, 박테리아와 킬러 바이러스 간의 싸움을 그대로 모방한 초정밀 유전자가위 기술….
현대 사회의 발전을 이끄는 과학은 대부분 자연모방기술(Biomimetics)에 기반하고 있다. 바이오미메틱스는 자연 또는 생체를 모방한 첨단기술을 일컫는 말로, 이 책은 인간의 삶을 발전시키고 풍요롭게 만드는 39가지 자연의 아이디어를 소개한다. 평범해 보였던 자연 현상에 대한 인간의 지적 호기심이 과학과 접목하여 어떻게 신기술로 재탄생하고 있는지, 또 앞으로 인간에게 닥칠 미래의 위기에 대한 대책과 해법을 어떻게 자연에서 찾을 수 있는지에 대해 다양하고 풍부한 사례들을 들려준다.

자연이 선물한 아이디어의 재탄생,
과학은 왜 자연을 주목해야 하는가?

수영선수 박태환이 입고 나오면서 유명해진 전신수영복은 바다에서 가장 빠른 수영 실력을 자랑하는 상어 피부의 돌기를 모방한 제품이다. 이는 초를 다투는 찰나의 순간에 승패가 좌우되는 수영대회에서 기록을 단축시키는 효과를 가져왔다.
아프리카 짐바브웨에 있는 이스트 게이트 센터는 어떤가? 이 건물은 흰개미 집의 통풍 원리를 적용한 생체 모방의 대표적인 사례로 손꼽히며, 다른 건물에 비해 연간 350억 원의 냉방 비용을 절감하는 것으로 알려져 있다.
위험한 상황에 노출되면 꼬리를 자르고 도망가는 도마뱀은 꼬리를 재생하는 신비한 물질이 세포 내에서 자체적으로 분비된다. 도마뱀의 재생 능력을 모방한 줄기세포 치료기술은 불의의 사고로 척추가 끊어지거나 뇌세포의 파괴로 생기는 알츠하이머 환자에게 도움을 주는 해결사로 주목받고 있다.
이처럼 자연에는 과학적으로 모방할 만한 가치가 있는 놀라운 비밀이 숨어 있다. 인간의 눈에는 보이지 않지만 무시할 수 없는 힘을 가진 미생물, 수억 년에 걸친 자연 환경의 변화 속에서도 꾸준히 진화해온 생체에 숨어 있는 놀라운 능력…. 어쩌면 인간보다 더 지구상에서 오래 살아온 자연 속 생명체들은 그들만의 생존 방식으로 이미 인간이 성취한 기술력을 뛰어넘고 있다. 우리가 자연을 주목해야 하는 이유가 바로 여기에 있다.
이 책은 첨단과학기술로서 그동안 여러 시행착오를 걸쳐 발전되었거나 앞으로 발전 가능성이 있는 바이오미메틱스 아이디어들을 일목요연하게 묶었다. 뿐만 아니라 각각의 아이디어들이 안고 있는 장단점, 좀 더 진보된 형태의 비즈니스 신기술로 도약하기 위해 보강하고 극복해야 할 사안이 무엇인지에 대해서도 전문가적인 안목으로 세심한 설명을 추가했다.


인류의 미래,
위기의 해법은 바이오미메틱스에 있다

인류가 환경 문제나 에너지 부족 같은 위기를 겪을 때마다 자연이 해결의 실마리를 던져주었다는 점을 상기하면 바이오미메틱스가 혁신의 세계로 이끌어줄 새로운 산업으로 주목받는 이유를 쉽게 납득할 수 있다.
바이오미메틱스가 발전할 수 있었던 것은 자연을 관찰하는 인간의 시선이 과거에 비해 훨씬 정교해졌기 때문이다. 또한 그것을 구체적으로 현실화하는 데 필요한 기술력까지도 눈에 띄게 발전했다. 그러다보니 자연에 숨어 있는 아주 사소하고 작은 것까지도 따라할 수 있게 되었다. 이는 ‘바이오미메틱스’가 새로운 산업의 한 축으로 성장할 수 있게 된 밑거름이 되었다.
이 책은 바이오미메틱스의 비약적 발전이 가져올 새로운 미래의 청사진, 혁신의 세상을 기대하는 사람들에게 평소 눈여겨보지 않았던 자연이 가진 무한한 발전 가능성을 일깨워준다. 주위의 이름 모를 들풀에도, 날아다니는 꽃씨 하나에도 자연의 놀라운 기적은 언제나 숨어 있다. 다만 그것을 인간이 얼마나 관심을 갖고 주의 깊게 바라보느냐에 따라 자연이 주는 위대한 선물을 받을 수도, 혹은 간과할 수도 있음을 이 책은 상기시켜준다.

개정판을 내며
들어가는 말

Part 1 눈에 보이지 않는 자연의 재발견
01 바다의 마린보이, 상어 비늘의 비밀 _ 전신수영복
02 빛처럼 빠른 방울뱀의 먹이사냥 _ 적외선 센서
03 진흙 속에 피어난 연꽃의 선물 _ 자동청소 유리
04 병원균의 통신을 차단하는 비밀 병기 _ 슈퍼항생제
05 마취제의 혁신을 불러온 뱀의 독 _ 마취확산제
06 전복 껍질, 신소재의 가능성을 꿈꾸다 _ 바이오세라믹
07 한눈에 빠르게 360도를 본다 _ 인공 잠자리 눈
08 솔방울처럼 습도를 인식하다 _ 자동 통풍 옷
09 카멜레온의 변신을 현실화하다 _ 구조색 기술
10 물총새 부리를 모방하다 _ 신칸센 고속철도

Part 2 세상을 바꾸는 작은 것들의 위대한 반란
11 작은 박테리아가 만든 거대한 세상 _ 인공눈
12 살아 있는 금고, 포자의 환생 _ 미생물 장기 보존제
13 북극곰을 적도에서 살 수 있게 한다고? _ 진화유도기술
14 강남 갔던 철새가 돌아온 이유 _ 자성 나노입자
15 천적, 지피지기면 백전백승 _ 천연농약
16 자살특공대가 된 살모넬라균 _ 암 치료기술
17 기생충의 귀환 _ 알레르기 치료제
18 항생제 내성균, 슈퍼버그를 잡아라! _ 파지 바이러스
19 미물의 싸움을 모방하다 _ 초정밀 유전자가위 기술

Part 3 자연의 역발상, 생각을 전복시켜라
20 뗄수록 달라붙는 신기한 씨앗 _ 벨크로
21 부착생물계의 다윗, 홍합의 재발견 _ 의료용 접착제
22 흡혈종결자 거머리, 수술실에서 사람을 살리다 _ 거머리기계
23 딱정벌레, 사막의 작은 물탱크 _ 휴대용 물수건
24 개미가 발견한 당뇨, 도마뱀이 고친다 _ 고성능 인슐린
25 도마뱀의 발바닥에서 나노 테이프를 보다 _ 게코테이프
26 최강의 독으로 얼굴 미인을 만든다 _ 보톡스

Part 4 몸, 자연이 준 최고의 선물
27 인류를 구원할 만능 세포 _ 줄기세포 치료기술
28 인체의 마지막 방어선, ‘면역’을 지켜라 _ 항체 치료제
29 항생제 없는 세상을 꿈꾸다 _ 생균제
30 난청 잡는 해병대 _ 전자귀
31 냄새로 암 환자를 찾아내다 _ 전자코
32 자외선 없이도 구릿빛 피부를 만든다? _ 선탠 크림
33 건강하고 아름다운 피부의 탄생 _ 기능성 화장품
34 인체 면역을 모방하다 _ 코로나 백신

Part 5 인류의 미래, 해답은 자연에 있다
35 흰개미 집의 건축학 개론 _ 이스트 게이트 센터
36 미래 에너지의 아이디어를 얻다 _ 인공광합성
37 클로렐라, 바다가 준 위대한 선물 _ 바이오 에너지
38 가장 자연적인 치유의 해법 _ 인공 하수처리장
39 나무에서 열리는 플라스틱 _ 바이오매스

넓은 범위를 한눈에 정확하게 보는 능력은 잠자리 같은 피포식자 동물에게 중요한 생존 수단이다. 그렇다면 ‘인공 잠자리 눈’은 인간을 위해 어디에 사용할 수 있을까?
인공 잠자리 눈은 한 번에 전체를 볼 수 있는 어안렌즈 같은 역할이 필요할 때 제격이다. 대표적인 경우가 위내시경이다. 일반 카메라 렌즈를 사용한다면 의사는 컴컴한 동굴에서 플래시 하나로 이곳저곳을 비추듯 봐야 한다. 반면 ‘인공 잠자리 눈’을 사용한다면 한 번에 위 전체를 대부분 볼 수 있다. 그렇게 하면 어디에 문제가 있는지 빠르게 판단할 수 있다. 이외에도 전투용 로봇이나 구조용 로봇에 활용이 가능하다. 넓은 범위에 퍼져 있는 적군의 위치와 위험 요소를 빨리 파악해야 대처할 수 있기 때문이다.
- 〈07. 한눈에 빠르게 360도를 본다 _ 인공 잠자리 눈 〉 중에서

구조색 관련 나노기술이 발달하면서 화면 디스플레이 분야가 빛을 보기 시작했다. 스마트폰 액정, TV 화면 등은 전기가 공급되어 특정 색깔의 빛을 낸다. ‘픽셀’이라 부르는 화면의 가장 작은 단위에 전기를 보내면 픽셀 내부에서 특정 빛을 내는 부품이 작동하여 빨강(R), 녹색(G),
청색(B) 빛을 낸다. 이런 디스플레이 방법 대신 새로운 구조색 원리를 이용하면 훨씬 적은 전기로 같은 빛을 낼 수 있다. 즉 픽셀을 나노구조로 만들고 외부에서 흰빛을 쐬어주면 나노구조의 폭에 따라 그 픽셀이 반사하는 빛의 파장, 즉 빛 색깔이 결정된다. 따라서 픽셀 하나하나마다 전기를 공급하는 재래식 디스플레이보다 전력이 적게 소요된다.
문제는 픽셀 하나하나의 나노구조를 어떻게 조절하는가이다. 나노구조의 폭을 조절함에 따라 색이 달라지기 때문이다. 가장 이상적인 방법은 역시 카멜레온을 닮는 것이다. 카멜레온은 나노구조의 폭을 자유자재로 조절한다. 나노구조의 폭을 조절하는 기술로 TV 화면 색을 만든다면 전기로 발광하는 것보다 훨씬 적은 비용으로 색을 만들어낼 수 있다. 가히 차세대 디스플레이 기술이라 할 수 있다.
- 〈09. 카멜레온의 변신을 현실화하다 _ 구조색 기술〉 중에서

영화 〈로렌조 오일〉(1992, 미국)은 실화를 바탕으로 한 영화다. X염색체 유전자 이상이 있으면 뇌에 지방산이 축적되어 발병 이후 5년 내 사망한다. 영화 속에서 부모는 유전병에 걸린 아이를 살리기 위해 직접 치료제를 개발한다. 도서관에서 밤을 새워 관련 서적을 읽고 ‘로렌조 오일’이라는 물질을 찾아내서 아이를 30세까지 살 수 있게 했다. 하지만 이건 치료제가 아니다. 이 유전병을 완전히 치료하려면 비정상 유전자를 정상 유전자를 바꾸어야 한다.
방법은 두 가지다. 하나는 이 주사를 해당 부위, 예를 들어 두뇌 유전병이면 두뇌에 주사하는 것이다. 그러면 두뇌 세포에 정상 유전자가 추가로 공급되어 정상 물질이 추가로 생산되어 정상인처럼 지낼 수 있다. 다른 하나는 난자·정자 세포에 이 가위세트를 주사하여 정자·난자까지 정상 유전자로 만들 수 있다. 후손이 정상 유전자를 가지게 되어 유전병으로부터는 완전 해방이다.
- 〈19. 미물의 싸움을 모방하다 _ 초정밀 유전자가위 기술 〉 중에서

식물이 갈고리를 이용해 씨앗을 퍼뜨리는 것을 보고 연구자들은 벨크로라는 것을 만들었다. 벨크로는 섬유 부착포(fabric hook and loopfastener)를 말하는 것으로 이것을 잡아당겨 뗄 때 ‘찌익’ 하는 소리가 난다고 하여 ‘찍찍이’라는 별칭으로 불려지기도 한다.
벨크로는 자연 속 식물의 씨앗 형태를 그대로 흉내내어 만든 최초의 상품이다. 그래서 자연 모방에 관한 문헌이나 아이디어에 관한 서적 등에 감초처럼 등장한다.
벨크로가 탄생하게 된 배경도 매우 재미있다. 평소 사냥을 좋아하는 스위스 출신의 전기 기술자 게오르그 드 메스트랄(George de Mestral)은 1941년 알프스 근처의 산으로 사냥개와 함께 산책을 다녀왔다. 그런데 자신의 옷에 무언가 잔뜩 달라붙어 있는 것이 아닌가. 자세히 보니 끝에 작은 가시들이 달려 있는 원형 모양의 씨앗이었다. 평소 호기심이 많은 메스트랄은 그 모양을 현미경으로 관찰했고 씨앗의 구조가 매우 독특하다는 사실을 발견했다. 식물 씨앗의 주위에 수많은 갈고리가 있기 때문에 옷에 달라붙어도 잘 떨어지지 않았던 것이다. 메스트랄은 이 씨앗을 발견해 세계 최초로 섬유 접착포를 발명한 사람이 되었다.
- 〈20. 뗄수록 달라붙는 신기한 씨앗 _ 벨크로〉 중에서