카멜레온처럼 색 바꾸는 인공 생체조직 개발

中 둥난대 교수팀

심장세포·하이드로겔 결합
생체조직서 색 바꾸기 성공
위장의 귀재 카멜레온. 사이언스 제공

위장의 귀재 카멜레온. 사이언스 제공

적진 후방 깊숙이 침투해 은밀한 작전을 벌이는 군에서는 오랜 세월 적의 눈에 띄지 않는 완벽한 위장술을 찾아왔다. 최근 과학자들은 빼어난 위장술을 가진 생명체에서 영감을 얻어 새로운 위장기술을 개발하고 있다. 카멜레온과 오징어, 낙지는 자연계 생명체 중에서 가장 뛰어난 위장술 전문가로 손꼽힌다. 영화 속처럼 자유자재로 위장하며 활동하는 군용로봇이나 주변 환경에 따라 색을 바꾸는 자동차가 머지않아 등장할 전망이다.

◆카멜레온 모방한 위장기술 개발

중국의 난징 둥난대 연구진은 쥐의 심장 근육세포와 물을 함유한 고분자 물질인 하이드로겔을 이용해 색이 바뀌는 인공 생체조직을 개발했다고 지난달 29일 발행된 국제학술지 사이언티픽 로보틱스에 발표했다.

연구진은 주변 환경에 따라 피부색을 바꾸는 카멜레온에서 영감을 얻었다. 카멜레온 피부의 색소세포인 ‘홍색소포’에 있는 네모 또는 육각형 결정의 변화에 주목했다. 이들 결정은 소포 안에서 수만 개씩 격자구조를 이루고 있는데 격자 거리가 바뀔 때마다 카멜레온은 피부색이 바뀐다. 격자 거리에 따라 반사하는 빛 파장이 달라지기 때문이다.

지금까지 연구결과에서는 이들 결정이 촘촘하게 배열되면 파장이 짧은 파란색을 반사하는 것으로 나타났다. 사람 눈에 카멜레온이 파랗게 보이는 이유다. 반대로 격자 간격이 벌어지면 파장이 긴 초록색을 띤다. 연구진은 이런 메커니즘을 모방해 카멜레온 피부처럼 색깔이 바뀌는 인공조직을 개발했다. 탄력성이 있는 물질인 하이드로겔 위에 카멜레온의 홍색소포와 똑같은 격자구조를 만들고 쥐 심장 근육세포를 가져다가 붙인 형태다.

날갯짓을 할 때마다 날개 색상이 바뀌는 초소형 나비로봇.

날갯짓을 할 때마다 날개 색상이 바뀌는 초소형 나비로봇.

연구진은 이 조직을 이용해 입체 나비 로봇의 날개를 만들었다. 나비 로봇이 날갯짓을 하면 가장자리부터 날개 안쪽으로 물결이 퍼져나가듯 날개 색깔이 바뀐다. 심장 기능을 측정하는 진단 장치인 ‘칩 위의 심장’도 개발했다. 심장이 수축했다가 이완하면 하이드로겔 색상이 바뀌는 원리를 이용해 심장 기능이 정상인지 확인할 수 있다. 사이언티픽 로보틱스는 “이 기술을 발전시키면 상황에 따라 색깔을 바꾸는 전자기기와 소프트 로봇이 곧 현실화할 것”이라고 평가했다.

미국 노스캐롤라이나대와 프랑스 국립과학연구소(CNRS) 연구진도 지난달 29일 국제학술지 사이언스를 통해 카멜레온 피부처럼 모양이 바뀌면 색상이 바뀌는 생체소재를 공개했다. 이들 연구진은 병을 씻는 브러시 모양의 분자들을 이어붙여 홍색소포 속 격자와 비슷한 구조를 가진 생체조직을 만들었다. 카멜레온 피부세포처럼 공 모양의 분자들 간격이 늘어났다 줄어들면 격자가 반사하는 빛의 파장이 달라지면서 색깔이 변한다.

◆오징어, 문어 연구도 활발

빛의 편광 현상을 이용해 물속 포식자의 눈에 띄지 않게 위장색을 한 어류.

빛의 편광 현상을 이용해 물속 포식자의 눈에 띄지 않게 위장색을 한 어류.

생체조직을 모방한 위장술 연구는 미군이 가장 앞서 있다. 미 육군 내틱 군인연구개발엔지니어링센터는 레일라 더래비 미국 노스이스턴대 교수 연구진과 지난 2월 국제학술지 ‘어드밴스트 옵틱 머티리얼스’에 오징어와 문어 같은 두족류의 피부 색소세포에서 빛 산란을 일으키는 염료를 추출했다고 발표했다. 더래비 교수는 “색소세포에서 추출한 생체염료를 이용하면 가시광선뿐 아니라 근적외선과 단파까지 산란을 일으킬 수 있는 위장복이나 도료를 만들 수 있다”고 말했다.

각국 군에 야간투시경이 보급되면서 사람 몸이나 군장비에서 내뿜는 적외선이 포착되는데 이를 차단하기 위한 연구도 주목받고 있다. 가시광선보다 파장이 긴 적외선은 사람 눈에는 보이지 않지만 미세한 열을 탐지하는 적외선 센서로 감지할 수 있다.

미국 UC어바인 연구진은 최근 두족류 피부에서 영감을 얻어 적외선 반사율을 조절하는 회피 방법을 사이언스에 소개했다. 연구진은 오징어가 헤엄치면서 몸을 팽창하고 수축하는 과정에서 적외선을 반사하는 조건을 알아내고 오징어 피부와 흡사한 인공조직을 만들었다. 이를 바탕으로 적외선 반사율을 인위적으로 조절해 몸에서 내뿜는 열을 최대 2도까지 낮게 보이게 할 수 있다고 확인했다.

박근태 기자 kunta@hankyung.com

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