[철태만상(69)] 강철보다 강하고 면보다 가벼운 거미줄

사람의 출입이 빈번하지 않은 오래된 집 창고의 처마에 걸쳐 있는 거미줄은 특별한 특성을 지니고 있다. 섬세하면서도 견고한 이 자연의 경이로움은 강철보다 강하고 면보다 가볍다. 이 사실을 아는 이는 드물다. 거미줄의 경이로움 뒤에 숨겨진 복잡한 과학의 정체를 과학자들이 밝혀내고 있다.

과학전문지 유니크타임스는 최근에 거미줄이 타의 추종을 불허할 정도로 강도가 세기로 유명하다는 보고서를 발표했다. 이 보고서는 거미줄이 파운드당 무게로 따져볼 때 강철보다 강하고 방탄조끼에 사용되는 듀폰의 혁신적인 직물 케블라(Kevlar)보다 더 질기다고 평가했다.

이 놀라운 강도는 거미가 생산하는 실크 단백질의 독특한 분자 구조 때문이라고 과학자들은 설명한다. 거미줄을 구성하는 단백질의 배열이 엄청난 힘을 견디면서도 잘 끊어지지 않는 소재라고 한다. 강도뿐만 아니라 무게도 놀라울 정도로 가볍고 유연하다. 강도와 유연성이 훌륭하기 때문에 거미줄은 다양한 분야의 다재다능한 소재가 될 수 있다. 강도 때문에 유연성을 갖기가 어려운 많은 합성 소재와 달리 거미줄은 두 가지 특성을 모두 갖췄다.

거미는 먹이를 잡기 위한 거미줄을 만들고, 은신처를 만들거나 알주머니를 만든다. 거미줄은 실크를 사용한다. 실크의 강도는 거미줄의 안정성을 보장하고, 실크의 가벼운 성질은 거미가 복잡한 거미줄을 쉽게 조작하고 탐색할 수 있게 해준다는 것이 과학자들의 간추린 설명이다.
과학자와 엔지니어들은 오랫동안 거미줄이 가진 가능성에 매료되어 왔다. 거미줄은 무게 대비 강도가 높아 항공우주 기술을 비롯한 다양한 산업 분야에 응용할 수 있는 매력적인 소재이기도 하다.
거미줄을 연구하는 학자들은 거미줄을 복제하고 대량 생산해 의류, 의료기기, 인공 인대 등 가볍고 견고한 소재에 사용할 수 있는 방법을 모색하고 있다. 거미줄은 환경오염을 유발하는 많은 합성 소재와 달리 생분해되는 물질이어서 거미줄을 산업용으로 활용할 경우 기존 제조 공정과 관련된 생태학적 영향을 줄이면서 지속 가능한 대안을 제시할 수 있게 된다.

거미줄의 잠재적 응용 분야는 무궁무진하다. 이 놀라운 소재를 대량 생산하는 데는 여러 가지 어려움이 있다. 거미는 소량으로 실크를 생산하기 때문에 거미에게서 실크를 대량으로 수확하는 것은 현실적으로 불가능하다.

과학자들은 거미줄 단백질을 대량으로 생산하기 위해 유전공학이나 발효와 같은 대체 방법을 모색해 확장 가능하고 지속 가능한 생산체제를 구축할 수 있는 방안을 찾아가는 중이다. 결론적으로 거미줄은 어떤 물질과도 비교할 수 없는 귀한 소재라고 말할 수 있다.

천연 소재의 영역에서 거미줄은 경이로움을 선사한다. 강도와 가벼움, 유연성까지 결합된 거미줄은 다양한 산업 분야에서 무궁무진한 가능성을 열어줄 수 있는 소재로 관심을 이끈다.

과학자들이 거미줄 생산의 비밀을 계속 밝혀낸다면 이 특별한 소재 거미줄은 일상적인 제품의 필수품이 되어 기술, 패션, 지속가능성에 대한 접근 방식에 혁신을 가져올 미래를 목격할 수 있을 것이다.

거미줄은 단순히 자연의 태피스트리(직물공예)를 구성하는 실이 아니라 재료 과학계의 판도를 바꿀 수 있는 잠재력을 지닌 소재라는 점에서 과학자들이 어떤 연구 결과를 이끌어낼지 주목된다. 거미줄이 철강을 대체할 수 있는 물질로 등장할 날도 멀지 않은 것 같다.


김종대 글로벌이코노믹 철강문화원장