[과학을 읽다]소금쟁이의 '점프'…과학으로 풀었다

다리 움직임 통해 물의 표면장력 최대한 이용…수면위 움직이는 마이크로로봇에 응용가능

▲물에 떠있는 소금쟁이(왼쪽)와 소금쟁이가 물에서 뛰어오르는 모습을 초고속카메라로 촬영한 사진.[사진제공=서울대]

[아시아경제 정종오 기자] 소금쟁이가 물 위에 사뿐히 앉았다가 높이 뛰어오르는 원리가 규명됐습니다. 소금쟁이가 다리 움직임을 조절해 물의 표면장력을 최대한 이용한다는 것을 수학적 모델링으로 증명됐습니다. 소금쟁이가 물 위에서 가라앉지 않고 점프하는 과학적 원리가 밝혀졌습니다.

소금쟁이는 네 개의 다리를 이용해 물 위에 가만히 떠 있을 수 있습니다. 포식자로부터 피할 때는 물 위에서 뛰어야 합니다. 문제는 너무 지나치게 다리에 힘을 주면 물의 표면 장력이 깨져 물에 빠져버립니다. 너무 가볍게 다리에 힘을 주면 높이 뛰지 못합니다. 연구 결과 소금쟁이는 다리를 최적의 상태로 휘저어 물에 빠지지도 않고 가장 높이 뛰는 방법을 알고 있었습니다.

김호영·양은진 서울대 기계항공공학부 박사와 생명과학부(피오트르야브원스키 교수, 손재학 연구원), 대구경북과학기술원(이상임 교수)의 공동 연구팀이 소금쟁이가 다리 움직임을 조절해 물의 표면장력을 최대한 이용한다는 것을 알아냈습니다.

김호영 교수는 "물에 떠 있는 소금쟁이의 다리를 보면 물의 표면장력 때문에 수면이 휘어서 물이 오목하게 들어가 있는 것을 볼 수 있다"며 "소금쟁이가 포식자를 피하기 위해 뛰어오를 때 다리 움직임을 어떻게 조절해서 물의 표면장력을 이용하는지를 관찰하고 수학적으로 연구한 것"이라고 설명했습니다.

연구팀은 먼저 소금쟁이의 도약 과정을 초고속 카메라로 촬영해 다리의 움직임을 정밀하게 분석했습니다. 이로부터 수학적 모델링을 통해 소금쟁이가 가장 빨리 도약할 수 있는 조건을 예측했습니다. 몸 크기가 다른 여러 종의 소금쟁이가 수면에서 도약할 때의 다리 움직임을 예측한 조건과 비교했습니다.

그 결과 수학적 모델링에서 수면이 깨지기 직전 소금쟁이들이 다리 움직임을 적절히 조절해 뛰어다닌다는 사실을 입증했습니다.

김 교수는 "소금쟁이와 같은 곤충이 주위 환경에 맞춰 스스로 행동을 최적화하는 능력이 있음을 실험뿐 아니라 수학적으로 증명했다"며 "소금쟁이가 다리를 얼마나 빨리 움직여야 할지를 시행착오를 거쳐 아는지 아니면 본능적으로 아는지에 대해 밝히는 일은 앞으로 밝혀야 할 과제"라고 전했습니다.

이번 연구를 마이크로로봇에 응용하면 수면 위를 움직일 수 있는 로봇 개발로 이어질 수 있습니다. 이번 연구는 생물학과 기계공학의 협업을 통해 밝혀냈다는 점에서도 의미가 있습니다. 연구 결과는 국제학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications) 12월7일자에 실렸습니다.

정종오 기자 ikokid@asiae.co.kr