한계를 뛰어넘는 발상, 자연에서 배우자: 자연모사기술

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Overseas Innovation Trend ^{해외 혁신동향}

한계를 뛰어넘는 발상, 자연에서 배우자: 자연모사기술

일본

‘자연은 최고의 스승이다’라는 말을 남긴 레오나르 도 다빈치는 새가 나는 날개를 보고 비행기를 착안 하였고, 라이트형제는 대머리독수리가 비행할 때 움 직이는 날개의 모습을 보고 비행기를 만들었다. 생 물은 최소한의 에너지 소비를 통해 최적화하며 자연 에 적응하며 진화하기 때문에, 이를 관찰하여 공학 적으로 응용하려는 시도에는 의미가 있다. 한편으로 인간은 자연에 대한 모방과 응용을 통해 과학기술을 발전시고 있다. 자연모사기술의 정의를 살펴보면 자 연현상이나 생명체의 구조나 동작에서 영감을 얻어 공학적으로 응용하는 것을 말한다. 유명한 예로 상 어지느러미를 모방한 전신수영복, 개코도마뱀의 발 바닥을 응용한 접착제나 흔히 찍찍이라 불리는 벨크 로는 엉겅퀴 표면의 작은 갈고리 모양을 모방한 기 술이다. 특히 첨단 나노기술이 발달하면서 로봇공 학, 에너지공학, 재료공학, 기계공학 뿐만 아니라 우 주나 국방산업을 넘어 산업디자인과 도시설계분야 에도 적용되고 있다.

다빈치 지수에서 살펴본 자연모사기술의 발전

Dynn Reaster박사는 자연모사에 관한 활동을 측 정하는 다빈치 지수를 2000년부터 매년 발표하고 있다.¹⁾ 그는 경제학자로서 경제가 어려울 때 생물을 보호하는 관점에서 이해타산, 보조, 규제에 관한 연 구를 진행하다가, 향후 환경과 경제의 효율성을 높 이는 방법의 하나로써 자연모사기술을 제안하였다.

1) Jonathan Mariano(2011 Aug. 25), "Introducing The Da Vinci Index: Biomimicry and Economics" http://www.triplepundit.

com/2011/08/introducing-da-vinci-index-biomimicry-economics/ (2016.10.20)

글 : 최해옥 ([email protected]) 과학기술정책연구원 부연구위원

자료: Leonardo DaVinci – YouTube 그림 1 : 레오나르도 다빈치

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2) 自然模倣技術・システムによる環境技術開発推進事業　成果報告書 2014,2015년 http://www.env.go.jp/policy/report/h27-01/index.html (2016.10.20)

레오나르도 다빈치 역시 자연에서 아이디어를 얻어 기술을 발전시켰다는 점에 착목하여 지수의 이름을

‘다빈치 지수’로 만들었다. 다빈치 지수에서 살펴보 면 자연모사기술은 2000년 초반에 비해 현재 7배 이상 성장 하고 있는 것으로 나타났다.

자연으로부터 새로운 기능 창출

‘나방의 눈은 빛을 반사하지 않아서 적에게 발견되 기 어렵습니다.’ 도쿄대학 명예교수의 나레이션으로 시작하는 모스아이필름을 만든 일본인쇄주식회사의 방송 나레이션이다. 나방의 눈 표면에 세밀한 요철 부분 구조를 모방하여 빛의 반사를 막는 필름으로, 초박형 디스플레이 화면방지 등의 용도로 사용되고 있다.

이러한 생물의 우수한 구조나 기능을 모방하고, 응용하기 위해 기술적 측면에 서 바라보는 것을 자연모사기술 혹은 생 체모사기술이라 말한다. 모스아이필름 이외에도 잘 알려져 있는 물총새의 주둥 이를 모방하여 공기 저항을 저감한 디자 인인 신칸센의 구조형상, 연잎에 물을 튀겨 미세구조를 모방한 발수 스프레이, 사마귀를 모방하여 유체 저항을 저감한 수영복, 모포나비의 날개를 모방한 색소 를 사용하지 않고 발색하는 섬유 등이 있다.

지속가능한 수단으로서 활용

일본은 자연모사기술(바이오미매티쿠스:バイオミ メティクス)의 가능성에 착목하여 연구개발과 산업 화 추진이 활발하게 일어나고 있다. 환경성에서는 2013년부터 지속가능한 사회실현을 위한 수단으로 서 자연모사기술을 실용화하고 보급화를 추진하여

‘과학기술혁신전략2014’ 분야별 횡단기술에 나노기 술에 속한 에코기술의 하나로서 ‘자연모사를 활용한 새로운 디바이스 요소기술개발, 시스템화’가 포함되 어 있다.²⁾ 특허청에는 자연모사기술에 관한 특허출 현 기술동향조사를 2014년부터 시작했고, 자연모사 기술 산업화를 추진하기 위해 산학연계 플랫폼을 위 한 NPO법인 자연모사기술추진협의회가 2014년에 발족되었다.³⁾ 한국도 2013년부터 특허청의 4대 산 업분야 40개 유망기술 중 환경기상분야 유망기술로

자료: The Da Vinci Index & Biomimicry

http://www.pointloma.edu/experience/academics/centers-institutes/fermanian-business- economic-institute/forecasting-and-expert-commentary/da-vinci-index-b (2016.10.20) 그림 2 : 다빈치 지수

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2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 400

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‘자연모사를 이용한 에너지, 자원 및 오염물 저감기 술’을 선정하여 발표했다.⁴⁾

생물은 에너지의 효율적 이용, 변환, 자기조직화, 희귀원소를 통해 환경부하가 낮은 물질로 진화해왔 고 38억년 동안 생존해 나가고 있다. 이렇게 생물이 가지고 있는 ‘지혜’를 통한 기술로부터 인간의 비순 환형 사회를 바꾸기 위한 아이디어를 도출함으로써 향후 지속가능한 사회의 실현을 이루기 위해 자연모 사기술이 활용되고 있다.

한계에 달한 분야의 혁신을 위한 수단

자연모사기술은 환경부하 저감에 대한 아이디어 뿐만 아니라 기존의 공학적 방법에 있어 한계를 넘

어설 수 있는 수단으로써 기술적 혁신의 창출을 기대하고 있다. 일본은 과거 자 연모사기술과 관련된 연구개발에 나서 는 기업들에 대한 공청회를 실시했는데 최근 연구개발에서는 이전과는 다른 방 식으로 자연모사기술에 대한 가능성을 찾고 연구개발에 착수하고 있다. 잠자리 가 날아가는 것을 모방하여 공중에 머물 거나 방향을 바꾸는 등의 기능은 기존의 비행기에서 볼 수 없는 아이디어였다.

이처럼 자연을 관찰하고 이를 연구개발 에 도입하는 것은 기존 기술의 연장선상 에서 해답을 찾는데 한계에 도달한 분야 를 위한 방법으로 새로운 혁신을 실현하 는 도구로서의 활용을 기대해 본다.

한국 과학기술의 시사점:

이종분야 융합을 통해 한계를 넘는 새로운 해결책 강구

이종 간의 결합, 다부처간의 협력을 강조하고 있 는 현 상황에서 자연모사기술은 다양한 분야의 전문 가들이 공동으로 참여할 수 있는 분야이다. 앞으로 지금까지의 자연모사에 대한 사용사례 뿐만 아니라 프로세스와 시스템 등의 광대한 산업과 정책영역에 서 적용가능성을 찾아봐야 한다. 이러한 과정을 실 현하기 위해서는 먼저 생물학과 공학의 연계를 구축 해야 한다. 자연모사에 대해서는 생물학과 공학이라 는 양면의 지식이 필요하지만 이러한 연구자는 적고

자료: Biomimetics: Natural Models Applied in Technology

http://news.softpedia.com/news/Biomimetics-Natural-Models-Applied-in- Technologies-73078.shtml (2016.10.20)

그림 3 : 자연모사기술 사례

3) http://www.fujitsu.com/jp/group/fri/column/opinion/201501/2015-1-4.html (2016.10.20) 4) 파이낸셜뉴스(2013.12.16.), 특허청, 4대 산업분야 미래 유망기술 40개 발표.

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생물계와 공학계 연구자에 의한 이종 간의 연대도 충분히 발달되어 있지 않다.

일본은 이러한 문제를 해결하기 위해 2012년부터 시작한 문부과학성과학연구비조성금 산·학 학술영 역연구인 ‘생물다양성을 규모로 하는 혁신적 재료기 술’로서 생물학과 공학에서 사용하고 있는 용어와 데이터를 상호 결합하고 연구 개발자의 발상을 지원 하는 ‘자연모사기술 데이터베이스’ 구축이 추진되어 왔다. 산학연대 플랫폼으로서 NPO법인 자연모사기 술추진협의회의 활동도 포함하여 향후 생물학과 공 학의 이종분야 연대를 가속화 하여 자연모사기술 연 구개발이 추진되도록 하여 지속가능한 사회 실현과

이에 관련된 산업의 발전이 추진될 수 있도록 하고 있다.

자연모사기술은 자신의 분야와 관련이 적다고 생 각하는 사람도 많다. 하지만 교통시스템과 같은 사 회시스템 구조, 도시 디자인, 스마트 도시, 산업단지 등 시각을 달리하면 향후 자연모사기술을 응용하여 적용 가능한 분야가 많다. 자연모사기술이 다른 분 야와의 결합을 통한 영역확장과 응용을 통해 한국의 과학기술분야에 지속가능한 혁신을 만들어 나가길 기대해 본다.

대분류 중분류 제품 기술 용도 개발기업

분자·

재료

친수성·

소수성물질

99%클라리티 코팅 연잎표면 구조 초발수성 표면을

가진 성형물 시티즌 세이미츠 주식회사 마이크로가드가공타일 달팽이 껍질의

표면구조 타일 건설재료 주식회사 이낫쿠스(현 주식회 사LIXIL)

발수창 연잎표면구조 자동차용 발수 유리 일산자동차주식회사

구조발색재료 모루호 텍스 나비의 날개 적층구조 화학섬유

테이진 선유주식회사 일산자동차 주식회사 다나카 귀금속 공업 주식회사 광학재료 모스 마이트 나방의 눈 표면구조 반사방지필름 미츠비시 레이온 주식회사

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구조체 저저항

ES-GE80L 돌핀친구

돌핀표피의 주름,

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500계 신간센 물총새의 주둥이 형상 신칸센의 첨단 형상 서일본 여객 철도 주식회사 표 1 : 일본의 자연모사 기술 활용한 주요 제품

자료 : 特許庁, 平成２６年度 特許出願技術動向調査報告書（概要) バイオミメティクス, p.4(2015.3)