우리의 일상은 전자의 흐름을 이용하는 일렉트로닉스 기기들로 가득 차 있습니다. 스마트폰과 컴퓨터 같은 가전제품은 실리콘 기반 반도체 속 전자의 움직임을 통해 작동합니다. 반면 인간의 신경세포는 전자가 아닌 이온의 이동을 통해 신호를 전달합니다. 이처럼 이온의 움직임을 활용하는 기술 분야를 '아이오닉스'라고 부릅니다. 아이오닉스를 구현하기 위해 연구자들은 전기 전도성이 뛰어난 고분자 물질인 '젤'에 주목하고 있습니다. 젤은 고체처럼 안정적이면서도 액체를 머금고 있어, 자연계 생명체의 신호 전달 방식을 모사하기에 가장 적합한 소프트 소재로 평가받습니다.

문어는 포식자로부터 몸을 숨기기 위해 피부 색상을 자유자재로 바꾸는 놀라운 은신 능력을 자랑합니다. 문어 피부의 수축과 이완율은 무려 20배에 달해 이를 인공적으로 구현하는 것은 불가능에 가깝습니다. 이에 연구진은 빛의 간섭 현상으로 색을 내는 '광결정 구조'에 주목했습니다. 광결정 구조의 간격에 따라 특정 색상의 빛이 보강 간섭을 일으키는 원리를 이용한 것입니다. 연구진은 광결정 사이에 전도성 젤을 채우고 전기 에너지를 걸어 미세하게 두께를 조절함으로써 다양한 색을 구현해 냈습니다. 이 기술은 향후 저음 대역까지 생생하게 전달하는 차세대 디스플레이나 스피커 개발에 응용될 수 있습니다.

거미는 거미줄의 강력한 접착력과 진동 감지 능력을 활용해 영리하게 사냥합니다. 이를 모방하여 개발된 '아이오닉 스레드'는 전기 에너지를 가했을 때 발생하는 정전기력을 이용해 물체를 들어 올립니다. 이 접착 와이어는 머리카락 굵기에 불과하지만 자체 무게의 수천 배에 달하는 물체를 안정적으로 고정할 수 있습니다. 또한, 평소에는 접착력을 끄고 있다가 물체가 접근하는 순간 발생하는 미세한 마찰전기를 감지해 작동함으로써 먼지 오염을 방지합니다. 오염물이 묻더라도 동일한 주파수로 동시에 흔들리는 공명 진동을 일으켜 먼지를 스스로 털어내는 자가 청소 기능까지 갖추고 있습니다.

가오리는 머리 근처의 로렌치니 기관을 통해 물고기들이 호흡할 때 발생하는 극히 미세한 전기 신호를 감지해 사냥합니다. 연구진은 이 능력을 모방해 피부 부착형 전기장 감지 센서를 개발했습니다. 이 센서는 아주 미세한 정전기적 변화까지 감지할 수 있으며, 심지어 벽과 같은 절연체 너머에 있는 대상의 움직임까지 정밀하게 읽어냅니다. 장벽이 있을 때 전기장 센서의 감도가 오히려 극대화되는 독특한 물리적 특성 덕분입니다. 이 혁신적인 센서는 시각에 의존하기 어려운 시각장애인들을 돕는 웨어러블 보조 장치나 에너지 효율이 극히 높은 자율주행 차량용 주변 인식 시스템 등에 폭넓게 활용될 전망입니다.

실제 우리 몸은 이온 기반 기기임에도 불구하고, 일렉트로닉스 기기들에 워낙 익숙해지다 보니 우리 자신에 대해 망각하는 현상이 발생하고 있습니다.

우리가 흔히 말하는 '자연 모사'는 단순히 생명체의 신기한 능력을 기계적으로 흉내 내는 것에 그치지 않습니다. 인류가 직면한 복잡한 문제를 해결하기 위해 자연의 지혜를 빌리는 효과적인 방법론에 가깝습니다. 특히 인체는 그 자체로 거대한 이온 기반 시스템이기 때문에, 아이오닉스 기술은 인간와 기계 사이의 직접적인 소통을 가능하게 만듭니다. 지금까지는 컴퓨터 중심의 일렉트로닉스에 인간을 맞추는 형태였다면, 미래의 아이오닉스는 사람 중심의 새로운 인간-기계 인터페이스를 활짝 열어줄 것입니다. 아직은 시작 단계이지만, 이온 기술의 잠재력은 기술의 패러다임을 바꿀 것입니다.