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창조설계

도마뱀붙이 발가락의 물리학

도마뱀붙이 발가락의 물리학 

(The Physics of Gecko Toes)


      왜 사람들은 도마뱀붙이(gecko)가 유리 위를 걸어갈 때, 그 구체적인 물리력에 대해서 알고 싶어하는 것일까? 이유는 여기에 있다 : ”도마뱀붙이의 이동 메커니즘은 건성 접착제(dry adhesives)와 로봇 시스템의 제작에 있어서 분명한 암시를 주고 있다.” 산타 바바라와 중국의 한 팀의 과학자들은 도마뱀붙이 발가락들이 유리 위에서 붙었다 떨어지는 과정을 관측하고 그 결과를 PNAS 지에 보고하였다.[1] 그 논문은 ”도마뱀붙이의 뛰어난 등반 능력은 그 발가락들의 미세한 구조에 기인한 것으로, 자연(nature)의 놀라운 하나의 디자인으로 보여진다.” 라는 말로 시작한다. 요약 글에 의하면, 그 속에 들어있는 물리학은 사람들이 생각했던 것보다 훨씬 더 복잡하다는 것이다 : 

도마뱀붙이는 대략 20 ms의 보폭 간격을 가지고 벽과 천정을 빠르게 달릴 수 있다. 이것은 매우 높은 마찰력(벽에서)과 부착력(천정에서)을 요구한다. 도마뱀붙이 발의 접착과 분리 사이의 빠른 교대(switching)는 한 테이프 모델(tape model)에 기초하여 이론적으로 분석되어졌다. 그 모델은 미세한 압설기(spatulae)와 물체 사이의 반데르발스 힘(van der Waals forces)에서 기원된 부착력과 마찰력을 반영한 것이다. 부착력과 마찰력은 도마뱀붙이 발가락들의 움직임에 의해서 조절되는데, 물체와 0-90° 사이의 각도로 그 축을 따라 가해지는 압설기의 잡아당기는 힘은 압설기-물체의 분기 지점(bifurcation zone)에서 만들어지는 ”정상적인 부착력”을 가지게 하고, 물체와 아직 접촉하고 있는 압설기 부분에서 ”측면 마찰력”을 가지게 한다. 전체 도마뱀붙이에 대한 높은 순전한 마찰력과 부착력은 발가락을 안쪽으로 회전하며 쥐는 것에 의해서 얻어진다. 이것은 물체와 접촉하는 많은 수의 압설기들 사이에 작은 잡아당기는 각도에 의해서 실현된다. 분리 시에, 높은 부착력과 마찰력은 발가락을 위쪽과 뒤쪽으로 회전시킴에 의해서 매우 낮은 수치로 빠르게 감소된다. 이것은 강모축(setal shaft)의 레버 기능(lever function)에 의해서 조정되는데, 압설기가 물체로부터 수직적으로 떨어지게 한다. 이러한 메커니즘에 의해서, 도마뱀붙이의 부착력과 마찰력은 3 자릿수 이상의 크기로 변화될 수 있고, 이것은 도마뱀붙이가 이동하는 동안 신속한 부착과 분리를 가능하게 하는 것이다. 


[1] Tian et al, 'Adhesion and friction in gecko toe attachment and detachment,” Proceedings of the National Academy of Sciences USA, 10.1073/pnas.0608841103, published online before print December 5, 2006.



당신은 아마도 도마뱀붙이가 이와 같은 장치를 발명해낸 훌륭한 물리학자라고 생각하지는 않을 것이다. 무계획적이고 무작위적인 우연한 실수들이 이러한 놀라운 발을 탄생시킬 수 있었을까? 언젠가 도마뱀붙이 장화를 신고 스파이더맨(Spiderman)처럼 건물 벽을 걸어 올라갈 수 있을 멋진 날이 올 지도 모르겠다. 

 


*관련기사 : 도마뱀 로봇 만든 타임지 발명왕 김상배씨 (2006. 11. 20. 중앙일보)
http://article.joins.com/article/article.asp?total_id=2512373&ctg=-1

도마뱀에서 영감을 얻은 마찰력이 강한 마이크로 섬유의 개발
http://www.yeskisti.net/yesKISTI/Briefing/TLD/Article_View.jsp?rcno=1258

도마뱀·거미 벽위를 걷는 것‘原子결합’ 미세한 털이 비밀(2007. 1. 14. 경향신문)
http://news.khan.co.kr/kh_news/khan_art_view.html?artid=200701141831251&code=970100

게코도마뱀 발바닥서 '과학'을 찾아낸다 (2006. 9. 24. 대덕넷)
http://www.hellodd.com/Kr/DD_News/Article_View.asp?Mark=17171



번역 - 미디어위원회

링크 - http://www.creationsafaris.com/crev200612.htm 

출처 - CEH, 2006.12. 6.

구분 - 3

옛 주소 - http://www.kacr.or.kr/library/itemview.asp?no=3740

참고 : 1896|2920|4393|4197|4239|4643|5438|5430|5426|5432|5335|5351|5352|5359|5317|5382|5327|5287|5224|5158|5128|5104|5088|4764|4762|4849|4856|4759|4728|4219|4212|4151|4056|4041|3947|3806|3976|3855|3665|3394|3803|2988



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