도마뱀붙이의 발바닥은 미세한 털 모양의 구조(세타 구조)로 덮여 있으며, 이 구조는 반데르발스 힘(van der Waals force)을 활용하여 다양한 표면에 안정적으로 부착한다. 이에 착안한 연구팀은 접착력과 강도를 전기적 자극에 따라 제어할 수 있는 스마트 폴리머 소재로 마이크로 접착 패드를 설계했다. 그리고 이를 부착한 로봇이 미세중력 환경에서 안정적으로 부착 및 이동할 수 있는지 평가하기 위해 자유낙하 장치와 공중부양 실험을 병행했다. 

실험 결과 유리, 금속, 콘크리트 등 다양한 재질에서 180N 이상의 접착력을 발휘했고, 외부 압력 없이도 쉽게 분리되어 기존의 접착 기술 대비 에너지 효율성과 반복 사용 가능성을 크게 향상시켰다. 지웨이 유(Yu, Zhiwei) 난징 항공우주대학교 기계공학과 교수는 “에너지가 제한된 환경에서 안정적으로 이동하고, 이동 과정에서 최소한의 에너지를 소비하는 것은 우주 탐사에서 중요한 장점이다.”라고 말했다. 

 

나비의 눈에서 반사방지 코팅 기술로

생체모방기술 가전에 대표적인 사례는 나방의 눈 구조를 모사한 디스플레이 눈부심 방지기술이다. 야행성 동물인 나방은 어두운 밤에도 효율적으로 빛을 포착하며, 동시에 포식자의 눈에 띄지 않기 위해 빛을 거의 반사하지 않는 특별한 능력을 가지고 있다. 나방의 눈 표면은 ‘모스아이(moth-eye) 구조’라 불리는 나노미터 크기의 규칙적인 돌기 배열을 가지고 있다. 이 구조는 빛이 표면에 도달했을 때 점진적인 굴절률 변화를 만들어내어 반사를 최소화한다.

실제로 일반적으로 빛은 굴절률이 다른 두 매질의 경계면에서 반사가 일어난다. 예를 들어, 공기(굴절률 1.0)에서 유리(굴절률 1.5)로 빛이 들어갈 때 약 4%의 빛이 반사된다. 그러나 나방의 눈은 이러한 반사를 거의 완벽하게 막아낼 수 있다. 

케니스 크로지어(Kenneth Crozier) MIT 물리학 교수와 연구팀은 이러한 나방 눈의 광학적 특성을 활용해 방사 방지판을 개발하여 사이언스지에 발표했다. 연구팀은 전자빔 리소그래피 기술을 사용해 높이 200 나노미터, 간격 150 나노미터의 정교한 나노 구조를 제작했다.

이 구조는 가시광선 영역에서 0.1% 미만의 극도로 낮은 반사율을 보이며, 기존 대비 35% 향상된 광흡수율을 달성했다. 특히 빛의 입사각이 60도까지 변해도 안정적인 성능을 유지한다는 점이 주목할 만하다. 이 기술은 태양전지의 효율을 35% 향상시키고, 디스플레이 기기의 반사를 줄여 시인성을 개선하는 데 활용될 수 있으며, 광학 센서의 성능도 향상시킨다. 최근 출시된 눈부심 없는 TV를 비롯한 모바일 디스플레이는 소위 ‘모스아이’ 기술을 통해 개발된 것이다.