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[과학관 Life : 곤충쌤과 함께하는 곤충클레이] 슬기로운 나비생활

나비는 알에서 태어나 애벌레와 번데기 과정을 거쳐 성충이 되는 완전 탈바꿈 곤충입니다. 나비의 한살이는 생명의 신비로움을 관찰하기에 아주 좋은 주제입니다. 나비는 알을 낳을 때 애벌레가 깨어나자마자 바로 먹을 수 있는 식물 위에 알을 낳습니다. 알의 모양은 종류에 따라 동그란 형태부터 길쭉한 포탄 모양까지 매우 다양합니다. 클레이를 이용해 작고 흰 알을 나뭇잎 위에 올리는 것만으로도 생명의 시작을 생생하게 표현할 수 있습니다. 알에서 깨어난 애벌레는 부지런히 잎을 먹으며 성장합니다. 애벌레의 몸을 만들 때는 초록색 클레이를 길쭉한 타원형으로 만든 뒤, 도구를 사용해 여러 마디로 나누어 주는 것이 포인트입니다. 머리 부분에는 작은 눈과 입을 만들어 생동감을 더해줍니다. 겉으로는 잘 보이지 않지만 애벌레에게도 엄연히 다리가 존재하며, 이를 세밀하게 관찰하는 과정은 곤충의 구조를 이해하는 데 큰 도움이 됩니다. 조물조물 클레이를 반죽하며 애벌레의 통통한 질감을 살려보는 재미가 있습니다. 성장을 마친 애벌레는 번데기 단계에 접어듭니다. 번데기는 외부의 위협으로부터 자신을 보호하기 위해 주로 눈에 잘 띄지 않는 곳에 자리를 잡습니다. 갈색 클레이를 물방울 모양으로 빚고 가위로 윗부분을 다듬으면 사실적인 번데기 형태가 완성됩니다. 번데기는 가만히 멈춰 있는 것처럼 보이지만, 내부에서는 성충이 되기 위한 격렬한 변화가 일어납니다. 가끔씩 꿈틀거리며 살아있음을 알리기도 하고, 숨구멍을 통해 끊임없이 호흡하며 화려한 비상을 준비하는 인고의 시간을 보냅니다. 마침내 번데기를 뚫고 나온 나비의 몸은 머리, 가슴, 배의 세 부분으로 뚜렷하게 구분됩니다. 배 부분은 여러 개의 마디로 이루어져 있으며, 머리에는 꿀을 빨아먹기 위한 빨대 모양의 입이 돌돌 말려 있습니다. 이러한 세밀한 특징들을 클레이로 하나씩 구현하다 보면 곤충의 해부학적 구조를 자연스럽게 익힐 수 있습니다. 커다란 눈과 섬세한 다리를 붙여주면 나비의 전체적인 골격이 완성되며, 생명의 경이로움을 다시 한번 느끼게 됩니다. 나비의 가장 큰 매력은 화려한 날개에 있습니다. 곤충의 날개는 보통 네 개로 이루어져 있으며, 양쪽이 대칭을 이루도록 배치하는 것이 중요합니다. 파란색과 검은색 클레이를 섞어 날개의 기본 형태를 잡고, 그 위에 노란색으로 다채로운 무늬를 넣어주면 세상에 하나뿐인 나비가 탄생합니다. 이렇게 완성된 알, 애벌레, 번데기, 나비를 한자리에 모아놓으면 나비의 전체적인 한살이가 한눈에 들어옵니다. 직접 손으로 만들며 배우는 과정은 생태계의 순환을 이해하는 소중한 경험이 됩니다.

국립과천과학관곤충 Life🐝

생명과학

[강연] 인공근육 : 애벌레에서 아이언맨 수트까지 (1) _ by박문정 | 2017 가을 카오스 강연 '미래과학' 6강 | 6강 ①

인공근육은 단순한 기계 장치를 넘어 인간의 삶을 근본적으로 변화시킬 수 있는 미래 과학의 핵심 분야입니다. 특히 선천적 혹은 후천적 장애로 인해 신체적 불편함을 겪는 이들에게 새로운 가능성을 열어준다는 점에서 그 가치가 매우 큽니다. 과학자들은 단순히 기술적인 진보만을 추구하는 것이 아니라, 누군가의 삶이 더 윤택해질 수 있도록 돕는 따뜻한 과학을 실천하고자 노력합니다. 이러한 진심 어린 연구 동기는 인공근육 기술이 애벌레와 같은 자연의 생명체에서 영감을 얻어 아이언맨 슈트와 같은 혁신적인 결과물로 나아가는 원동력이 됩니다. 자연은 로봇 공학자들에게 가장 훌륭한 스승입니다. 예를 들어 애벌레의 움직임을 자세히 관찰해 보면, 단순히 몸을 굽히는 것이 아니라 가슴다리와 배다리의 역할을 철저히 분담하여 효율적인 추진력을 얻는다는 사실을 알 수 있습니다. 배다리는 표면에 단단히 고정되는 역할을 하고, 가슴다리는 방향을 설정하며 전진하는 방식입니다. 이러한 생물학적 메커니즘을 로봇에 적용하면 기존보다 절반의 에너지만으로도 뛰어난 기동성을 확보할 수 있습니다. 이는 관절이 없는 유연한 소재 기반의 소프트 로봇이 나아가야 할 중요한 방향성을 제시해 줍니다. 현재의 로봇 기술은 뇌의 전기 신호를 직접 받아 인공 팔을 움직이는 수준까지 도달했습니다. 하지만 금속 소재로 만들어진 기존의 인공 팔은 무거운 무게와 높은 제작 비용, 그리고 외부 충격에 취약하다는 한계를 지니고 있습니다. 특히 어린이나 노약자가 사용하기에는 부피가 크고 정교한 모터 시스템이 부담스러울 수밖에 없습니다. 이러한 문제점들은 딱딱한 금속 대신 인간의 생체 근육과 유사한 유연한 소재를 활용해야 할 필요성을 역설합니다. 가볍고 충격을 흡수하며 사람의 움직임을 자연스럽게 모사할 수 있는 인공근육 소재의 개발이 시급한 이유입니다. 미래 로봇의 핵심인 소프트 로봇은 관절이 없고 부드러운 소재로만 구성되어 자연스러운 움직임을 구현합니다. 과학자들은 불가사리나 문어와 같은 생물의 유연성을 모사하여, 거추장스러운 모터 없이도 전기를 받으면 즉각적으로 반응하는 시스템을 연구하고 있습니다. 인공근육 소재 자체가 구동기 역할을 수행하므로 전체적인 구조가 단순해지고 생체 적합성 또한 높아집니다. 이러한 기술은 단순히 로봇의 외형을 바꾸는 것을 넘어, 로봇이 인간과 더 안전하고 밀접하게 상호작용할 수 있는 환경을 조성하며 다양한 산업 분야에서 혁신적인 변화를 예고하고 있습니다. 소프트 로봇을 움직이는 주요 동력원 중 하나는 공기압입니다. 탄성 고분자 소재 내부에 정교한 패턴을 설계하고 공기를 주입하면, 특정 부위가 팽창하거나 수축하면서 마치 생명체의 근육처럼 움직이게 됩니다. 공기는 질량 대비 출력 효율이 매우 뛰어나기 때문에 가벼운 소재만으로도 강력한 힘을 낼 수 있는 장점이 있습니다. 비록 정밀한 제어나 뼈대 역할을 하는 지지력 확보라는 과제가 남아있지만, 공기압 기반의 구동 시스템은 산업용 그리퍼부터 재활 보조 기구에 이르기까지 폭넓게 활용될 수 있는 잠재력을 지니고 있어 지속적인 연구가 이루어지고 있습니다. 인공근육 기술은 의료 분야에서도 획기적인 변화를 가져올 수 있습니다. 대표적인 예가 유연한 소재를 활용한 내시경 로봇입니다. 기존의 딱딱한 내시경은 굴곡진 장기를 통과할 때 벽면을 자극하여 환자에게 큰 통증을 유발하지만, 문어의 촉수를 모사한 소프트 로봇은 장기의 형태에 맞춰 부드럽게 삽입될 수 있습니다. 이는 환자의 고통을 획기적으로 줄여줄 뿐만 아니라 수술 중 발생할 수 있는 천공 위험을 최소화하는 데 기여합니다. 부드러움과 정교함을 동시에 갖춘 의료용 소프트 로봇은 미래 의학의 질을 한 단계 높여줄 중요한 기술적 자산이 될 것입니다. 소프트 로봇의 유연함은 때로 지지력 부족이라는 단점이 되기도 하지만, '재밍 트랜지션' 현상을 이용하면 이를 해결할 수 있습니다. 입자들 사이의 공기를 제거하여 입자를 단단하게 결합시키는 이 원리를 적용하면, 평소에는 부드럽던 로봇이 필요할 때만 순식간에 딱딱하게 변할 수 있습니다. 이를 통해 복잡한 형태의 물체를 안정적으로 잡거나 수술 시 필요한 지지력을 확보하는 것이 가능해집니다. 저렴한 소재와 스마트한 제어 기술이 결합된 이러한 인공근육 로봇은 우리 일상 곳곳에서 인간을 돕는 든든한 동반자로서 그 역할을 다하게 될 것입니다.

박문정

카오스재단카오스강연

물리학
화학

[강연] 진화, 뇌를 여는 열쇠 (1) _ 전중환 교수 | 2016 봄 카오스 강연 '뇌 - Brain' 9강 | 9강 ①

인간의 마음은 신비로운 영역으로 여겨지지만, 본질적으로는 뇌의 전기화학적 활동에서 비롯됩니다. 뇌 역시 심장이나 허파와 마찬가지로 자연선택에 의한 진화의 산물이라는 점을 이해하는 것이 중요합니다. 많은 이들이 진화라고 하면 단순히 먼 과거의 원시적인 모습만을 떠올리며 현대인의 마음과는 거리가 멀다고 생각하곤 합니다. 하지만 뇌를 생물학적 기관으로 바라볼 때, 우리는 비로소 인간의 본성을 더 깊이 있게 탐구할 수 있는 이론적 틀을 얻게 됩니다. 뇌가 왜 지금과 같은 방식으로 작동하는지 이해하기 위해서는 진화라는 열쇠가 반드시 필요합니다. 뇌의 핵심적인 기능은 외부 환경에서 들어오는 정보를 처리하여 그에 맞는 적절한 행동을 산출하는 것입니다. 여기서 '적절함'이란 논리적인 정답이 아니라, 종의 진화 역사에서 생존과 번식에 유리했던 반응을 의미합니다. 예를 들어 소의 변을 보고 인간이 혐오감을 느끼는 것은 병원균으로부터 몸을 보호하기 위한 진화적 결과입니다. 반면 똥파리에게 같은 대상은 먹이이자 번식의 장소로 인식됩니다. 이처럼 동일한 환경 정보라도 종에 따라 뇌가 개입하여 전혀 다른 반응을 만들어내는 것은 각자의 생존 전략이 다르기 때문입니다. 찰스 다윈은 자연선택을 통해 복잡한 생물학적 적응이 어떻게 의도적인 설계자 없이도 만들어질 수 있는지 증명했습니다. 뱀의 머리를 닮은 애벌레의 뒷모습처럼, 생존에 유리한 미세한 변이가 세대를 거듭하며 누적되면 마치 누군가 정교하게 다듬은 것 같은 결과물이 탄생합니다. 이러한 기계적이고 맹목적인 과정은 우리 뇌의 구조와 기능에도 동일하게 적용됩니다. 따라서 우리가 마주하는 복잡한 심리 기제들은 우연의 산물이 아니라, 과거의 환경에 적응하기 위해 오랜 시간 동안 정교하게 다듬어진 진화적 작품이라고 할 수 있습니다. 생물학적 특성을 제대로 이해하기 위해서는 '어떻게' 작동하는지에 대한 설명뿐만 아니라, '왜' 존재하는지에 대한 궁극적인 질문이 필요합니다. 코가 안경을 걸치기 위해 존재하는 것이 아니듯, 우리 마음의 여러 기능도 특정한 진화적 목적을 가지고 설계되었습니다. 어떤 형질이 과거 진화 역사에서 다음 세대에 유전자를 전달하는 데 어떻게 기여했는지를 묻는 것은 뇌과학의 발견들을 하나로 통합하는 중요한 이정표가 됩니다. 이러한 진화적 기능에 대한 탐구는 인간의 복잡한 행동 양식을 설명하는 강력한 도구가 됩니다. 현대인의 마음은 수백만 년 동안 이어진 수렵 채집 생활을 통해 형성되었습니다. 농경 사회나 산업 사회의 역사는 진화의 관점에서 보면 찰나에 불과하기 때문에, 우리의 뇌는 여전히 원시 환경의 문제들을 해결하는 데 최적화되어 있습니다. 상한 음식을 피하거나 적절한 배우자를 찾는 것과 같은 구체적인 생존 과제들을 해결하기 위해 설계된 심리 기제들의 집합이 바로 인간의 마음입니다. 결국 진화 심리학은 과거의 환경에서 생존과 번식을 위해 분투했던 조상들의 흔적이 오늘날 우리의 생각과 행동 속에 어떻게 남아 있는지를 밝혀내는 학문입니다.

전중환

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