국내 연구진이 제비꽃 열매가 씨앗을 하나씩 차례로 튕겨내는 원리를 밝혀냈다. 열매 꼬투리가 마르면서 지퍼처럼 닫히고, 이때 생긴 힘이 씨앗을 순서대로 밀어내는 구조였다. 복잡한 모터나 배터리 없이도 정교한 움직임을 만드는 자연의 원리를 찾아낸 것이다.
과학기술정보통신부는 서울대 생명과학부 현유봉 교수, 기계공학부 김호영 교수, 대구경북과학기술원(DGIST) 로봇및기계전자공학과 정소현 교수 공동 연구팀이 제비꽃 열매 꼬투리의 씨앗 발사 원리를 규명했다고 19일 밝혔다. 연구 결과는 이날 오전 3시 국제학술지 '사이언스'에 실렸다.
보통 식물은 열매가 터질 때 안에 있던 씨앗을 한꺼번에 사방으로 흩뿌린다. 제비꽃은 다르다. 씨앗을 앞쪽부터 하나씩 튕겨낸다. 씨앗을 순서대로 날리려면 힘이 작용하는 지점도 씨앗 위치에 맞춰 조금씩 이동해야 한다. 작은 식물이 정밀 제어 장치 없이도 기하학적 구조만으로 이런 움직임을 구현한 것이다.
핵심은 열매 꼬투리가 마르면서 지퍼처럼 닫히는 동작이었다. 꼬투리가 순차적으로 접히면서 힘이 씨앗 지점에 집중됐다. 꼬투리의 모양도 중요했다. 연구팀은 실제 제비꽃 시료와 이를 본뜬 인공 장치를 비교한 결과, 꼬투리 단면은 힘을 효율적으로 낼 수 있는 반원형 구조였던 것으로 나타났다. 열매의 작은 구조만으로 힘의 방향과 크기, 작용 지점을 조절한 것이다.
연구진은 이번 연구가 자연의 구조를 모방한 차세대 유연 로봇 개발에 도움이 될 것으로 보고 있다. 유연 로봇은 금속 관절 대신 부드러운 소재로 움직이는 로봇이다. 체내에서 조직을 잡거나 밀어내야 하는 의료용 장치, 상처 봉합 패치, 종양 절제용 소형 로봇 등에도 응용될 가능성이 있다.
연구진은 "이번 연구로 제비꽃이 최소한의 자원으로 효율적인 힘을 전달하도록 열매 꼬투리 구조를 진화시켜 왔음을 밝혀냈다"며 "복잡한 장치 없이 디자인만으로 정교한 움직임을 구현하는 소프트 소재와 의공학 장치 개발에 활용될 것으로 기대한다"고 했다.