제비꽃이 씨앗 쏘는 법…전기 없는 소프트 로봇 단서 됐다

(서울=뉴스1) 김민수 기자 = 국내 연구진이 제비꽃 열매 꼬투리가 씨앗을 하나씩 차례로 튕겨내는 원리를 규명했다. 복잡한 모터나 전선 없이 구조만으로 힘을 제어하는 원리여서 상처 봉합 패치나 생체모사 유연 로봇 개발에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

과학기술정보통신부는 서울대 생명과학부 현유봉 교수·기계공학부 김호영 교수, 대구경북과학기술원(DGIST) 로봇 및 기계전자공학과 정소현 교수 공동연구팀이 제비꽃 열매 꼬투리의 기하학적 구조를 통해 씨앗을 순차적으로 튕겨내는 원리를 규명했다고 19일 밝혔다. 해당 연구 성과는 국제학술지 사이언스에 게재됐다.

일반적인 식물은 열매가 터지면서 씨앗을 한꺼번에 사방으로 방출한다. 반면 제비꽃은 열매 꼬투리가 마르면서 안쪽으로 오므라드는 힘을 이용해 내부 씨앗을 하나씩 차례로 튕겨낸다.

씨앗을 하나씩 발사하려면 씨앗을 밀어내는 힘의 중심점도 씨앗 위치에 맞춰 이동해야 한다. 이는 현대 로봇공학에서도 정밀 모터나 제어 장치 없이 구현하기 어려운 과제다.

연구팀은 제비꽃 열매 꼬투리의 구조를 정밀 분석한 결과, 씨앗 발사가 꼬투리가 지퍼처럼 접히는 '지퍼링' 동작으로 이뤄진다는 사실을 확인했다.

꼬투리는 수분 함량에 따라 접힘을 유도하는 부위와 접힘 과정에서 씨앗에 직접 힘을 전달하는 얇은 막 구조로 이뤄졌다. 꼬투리 단면은 힘을 가장 강하게 낼 수 있는 반원형 구조로 진화한 것으로 분석됐다.

열매 꼬투리 양 끝의 기하학적 조건과 모양 차이는 꼬투리가 접힐 때 발생하는 힘을 얇은 막을 따라 씨앗이 있는 특정 지점에 집중시킨다. 이 힘의 중심점이 지퍼가 닫히듯 앞으로 이동하면서 줄지어 있는 씨앗을 앞에서부터 차례로 밀어내는 방식이다.

연구팀은 실제 제비꽃 시료와 이를 본뜬 인공 장치의 동작을 비교해 이 같은 원리를 입증했다. 이를 통해 식물이 제한된 구조 안에서도 별도 장치 없이 최적의 힘을 내는 '물리적 지능'을 공학적으로 설명했다.

제비꽃이 씨앗을 하나씩 쏘아내는 방식은 작은 식물의 번식 전략을 넘어, 상처 봉합 패치나 종양 절제용 소프트 로봇처럼 전기·모터 의존도를 낮춘 차세대 의료기기 설계 원리로 이어질 수 있다.

현유봉·김호영 서울대 교수와 정소현 DGIST 교수는 "이번 성과는 제비꽃이 최소한의 자원만으로 효율적인 힘을 전달하도록 열매 꼬투리 구조를 영리하게 진화시켜 왔음을 밝혀낸 것"이라며 "차세대 소프트 소재 설계는 물론 상처 치료 패치나 생체모사 유연 로봇 등 의공학 분야 전반에 활용될 것으로 기대한다"고 말했다.

김성수 과기정통부 연구개발정책실장은 "이번 성과는 과기정통부 기초연구 사업의 성장 사다리 각 단계에 있는 연구자들이 협업해 이뤄낸 결실"이라며 "우수 연구자들이 서로의 전문성을 더해 세계적 수준의 연구 역량을 발휘할 수 있도록 지원하겠다"고 밝혔다.

kxmxs4104@news1.kr