제비꽃 씨앗 발사 비밀 규명…차세대 유연 로봇 개발 가능성 제시

보라색 꽃을 피우며 어디서나 흔히 볼 수 있는 제비꽃은 좁쌀만 한 씨앗을 하나씩 2~5m 발사해 뿌리는 독특한 번식 전략을 가진다.

국내 연구진이 이런 제비꽃의 번식 비밀을 밝혀내고 이를 응용한 상처 봉합과 종양 절제용 차세대 유연 로봇 개발 가능성도 제시했다.

과학기술정보통신부는 서울대 생명과학부 현유봉 교수, 기계공학부 김호영 교수와 대구경북과학기술원(DGIST) 정소현 교수 공동연구팀이 제비꽃이 열매 꼬투리의 기하학적 구조를 통해 복잡한 장치 없이 힘을 제어하고 씨앗을 순차적으로 튕겨내는 원리를 규명했다고 19일 밝혔다.

이번 연구는 이날 세계 최고권위 학술지 '사이언스'에 실렸다.

일반적인 식물은 열매가 터지면서 내부 씨앗을 한꺼번에 사방으로 방출하는 폭발적 종자 산포 방식을 쓰지만, 제비꽃은 열매 꼬투리가 마르면서 안쪽으로 오므라드는 힘을 이용해 내부에 든 씨앗을 하나씩 차례대로 튕겨 발사하는 독특한 방식을 쓴다.

이렇게 씨앗을 순차 발사하려면 씨앗을 밀어내는 힘이 가해지는 지점도 씨앗 위치에 맞춰 이동해야 한다.

이는 현대 로봇공학 기술로도 정밀 모터나 제어장치가 필요한 일이지만 제비꽃은 단순히 꼬투리의 기하학적 구조만으로 이를 해결한다.

연구팀이 분석한 결과 제비꽃은 열매 꼬투리가 건조되면서 마치 지퍼가 닫히듯 접히는 '지퍼링' 동작을 보였다.

실제 제비꽃 시료와 이를 본뜬 인공장치 동작을 비교한 결과 열매 꼬투리 단면이 힘을 가장 강하게 낼 수 있는 '반원형 구조'로 진화했음을 연구팀은 증명했다.

열매 꼬투리 양 끝의 기하학적 조건과 모양 차이로 꼬투리가 접힐 때 발생하는 힘은 얇은 막을 타고 씨앗이 있는 특정 지점에만 집중된다.

이 힘의 중심점이 지퍼가 채워지듯 앞으로 이동하며 줄 서 있는 씨앗들을 앞에서 꼬집듯 밀어낸다고 연구팀은 설명했다.

연구팀은 이를 응용하면 모터나 배터리, 전선 없이도 구조만으로 상처 봉합이나 종양 절제가 가능한 유연한 로봇을 개발할 수 있다고 제시했다.

연구진은 "이번 성과는 제비꽃이 최소한의 자원만으로 효율적 힘을 전달하도록 열매 꼬투리의 구조를 영리하게 진화시켜 왔음을 밝혀낸 것"이라며 "복잡한 장치 없이 디자인만으로 정교한 움직임을 구현하는 차세대 소프트 소재 설계는 물론 상처치료 패치나 생체모사 유연 로봇 등 의공학 분야 전반에 폭넓게 활용될 것으로 기대한다"고 말했다.