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▲ 깃털 구조색 관련 주요 연구대상종

환경부 산하 국립생태원(원장 박용목)은 조류 깃털의 구조색*을 모방하여 자연광을 이용하는 ‘반사형 디스플레이 원천기술’과 조류충돌 방지를 위한 ‘광학 요소 어레이(array)’를 최근 개발하고 관련 특허 2건**을 출원했다.

* 색소에 의한 색이 아니라 구조에 의해 빛이 반사하며 나타나는 색으로 공작이나 파랑새 등에서 관찰할 수 있음

** ① 반사형 디스플레이(출원번호 10-2020-0169801, 2020.12.7.) ② 조류충돌 방지를 위한 광학 요소 어레이(출원번호 10-2020-1071586, 2020.12.9.)

이번 특허 출원은 국립생태원 생태모방연구팀과 연세대학교 글로벌융합공학부 여종석 교수팀이 2018년부터 공동으로 추진한 조류 깃털 구조색 모방연구를 통해 달성한 결과다.

‘반사형 디스플레이 원천기술’은 일부 조류 깃털에서 나타나는 파란색, 녹색 등의 화려한 색채가 색소가 아닌 깃털 내부의 특수한 미세구조에 의한 것이라는 점에 착안하여 개발됐다.

연구진은 먼저 각 지역 야생동물구조센터에서 보관 중인 파랑새, 어치 등 국내 서식 조류 10종의 사체로부터 깃털을 확보해 구조색 발현 원리를 분석했다.

연구진은 조류 깃털의 구조색이 베타-케라틴(β-keratin)과 멜라닌 나노입자의 배열에 따른 빛의 선택적 반사에 의해 나타난다는 사실을 밝히고, 이 구조를 모방한 광학소자를 제작하여 구조색을 재현하는 데 성공했다.

이는 컬러필터나 백라이트를 사용하는 기존 디스플레이와는 달리 자연광 반사에 의해 색상을 재현하는 방식으로, 저전력·고색재현 디스플레이 개발을 위한 핵심기술로 활용될 수 있을 전망이다.

‘조류 충돌 방지를 위한 광학 요소 어레이(array)’는 해마다 약 800만 마리의 야생 조류들이 건물 유리와 방음벽에 부딪혀 폐사하는 현상을 막기 위해 개발한 기술이다.

유리창이나 방음벽 등 투명구조물 표면을 선형, 방사형 등 특정 형태의 나노구조 배열로 제작하면 이 나노구조*에서 반사되는 빛을 감지한 조류가 구조물을 인식하고 충돌을 피하는 원리를 적용했다.

* 1 나노미터(nm)는 10억 분의 1미터(m)를 의미하며, 나노입자로 형성된 나노 사이즈 구조를 말함

이 기술을 활용하면 사람의 시야는 방해하지 않으면서 조류는 선택적으로 빛을 감지할 수 있다. 이는 기존의 충돌방지물에 비해 미적 기능을 크게 향상시키는 한편, 다양한 나노구조 배열의 제작을 통해 여러 가지 광학 특성을 구현할 수 있을 것으로 예상된다.

국립생태원 생태모방연구팀은 2019년에도 도토리거위벌레를 모방한 확공용 드릴을 개발해 특허를 등록했다. 최근에는 ‘생태모방 확공용 공법 적용을 위한 생물·생태 특성 연구’를 진행 중이다.

이 외에도 생태원은 동물의 부착 및 천공, 식물의 습도반응 움직임 등 다양한 생태모방연구도 진행하고 있다.

박용목 국립생태원장은 “생태모방연구 등 자연에서 배우는 친환경 기술은 활용가치가 무궁무진하다”라며, “앞으로도 국가 녹색산업을 선도할 수 있도록 생태와 관련된 응용연구에 더욱 박차를 가하겠다”라고 말했다.