꽃과 얼룩말에 이런 인연이?

창의적 사고로 경계를 넘다

꽃과 얼룩말에 어떤 인연이 있는지 알아보자.

얼룩말을 보면 흰색과 검은색 줄무늬가 있다. 특별한 이유가 있을 것이라 생각하지 않았다. 풀밭이나 나무 그림자와 섞여서 포식자가 알아차리기 어렵게 만들려는 목적 정도로만 생각했다.

얼룩말은 이 줄무늬로 체온 조절을 한다. 더운 날씨에도 표면 온도를 10도나 떨어트릴 수 있다. 어떻게 10도나 낮출 수 있을까?

얼룩말의 줄무늬

흰색은 태양 빛을 반사하여 열기를 감소시키는 반면, 검은색은 태양 빛을 흡수하고 표면 온도를 높인다. 흰 줄무늬 위의 공기 온도는 검은 줄무늬 위의 공기 온도보다 낮다.

검은 줄무늬 위에 데워진 공기는 위로 상승하면서, 아래쪽의 흰 줄무늬 위의 공기와 기압 차이를 발생시킨다.

이것이 공기의 흐름을 형성하고, 기계적 통풍 장치 없이 표면 온도를 낮춘다.

줄무늬의 공기 흐름

이 원리는 건물의 표면 온도를 낮추는 데에도 적용할 수 있다. 실제 일본의 사무용 건물에 적용하여 내부 온도를 5도 정도 낮추었다고 한다. 외부 열기를 제거하고, 건물 내부의 방화제로 사용되는 폴리우레탄이나 유리섬유의 수요를 줄일 수 있다.

얼룩말은 흰 줄무늬 아래에는 열을 차단하는 지방층이 없고, 검은 줄무늬 아래에만 지방층이 있다. 얼룩말에게 이런 배울 점이 있을 줄이야.

이젠 이 원리를 이용하여 전기를 만들어 보자. 사람의 체온을 이용하여 배터리 없이 웨어러블 기기를 작동시키는 기술을 개발하고 있다. 인체의 표면 온도와 대기 온도의 차이는 얼마 되지 않는다.

온도 차가 1~2도 나면 수백 밀리볼트 정도의 전압을 만들 수 있다. 저전력 회로 설계 기술로 이런 낮은 전압에서도 동작할 수 있는 반도체 칩이 나오고 있다. 얼룩말 줄무늬도 이런 온도 차를 발생시키므로 충분히 전기를 만들 수 있지 않을까? 줄무늬의 다양한 패턴을 연구하면 좀 더 큰 온도 차를 만들 수 있을 것으로 생각한다.

줄무늬의 다양한 패턴

위 내용을 통해 얼룩말의 줄무늬로 전기를 만들 수 있다는 점을 알았고 이 아이디어가 꽃 키우기와 어떻게 연결되는지 살펴보자.

전기장으로 소통하는 벌과 꽃

벌은 꽃의 전기장을 감지하는 능력을 갖추고 있다. 벌은 날아다니면서 몸에 양전하를 띠게 되고, 꽃은 음전하를 띠고 있다. 이에 따라 꽃 주위에 약한 전기장이 형성된다.

꽃에 접근하는 벌

벌은 몸에 난 작은 털을 안테나처럼 이용하여 꽃마다 다른 전기장을 감지한다. 전기장 감지 능력은 벌이 꽃의 종류를 구별하고, 꿀을 찾는 데 중요한 역할을 한다. 이 능력 덕분에 벌은 더 효율적으로 꽃을 찾고 꿀을 채취할 수 있다.

또한 식물은 생존을 위해 전기장의 변화를 감지하는 능력도 있다. 토양의 전기 전도도(Electrical conductivity) 변화를 감지하여 수분 함량을 파악하고, 수분이 풍부한 방향으로 뿌리를 성장시켜 물 흡수를 극대화할 수 있다. 가뭄이 발생하면 토양의 수분 함량이 줄어들면서 토양의 전기 전도도가 감소한다. 이렇게 수분이 부족함을 알고 수분 손실을 줄이도록 몸을 조절한다.

전도도 측정기

그런데 식물이 어떻게 전기 전도도를 감지할 수 있을까? 인간은 왼쪽 그림과 같은 측정기를 사용해야만 전기 전도도를 알 수 있는데 식물은 이런 측정기가 필요 없다. 식물의 뿌리는 땅 속의 물과 양분을 흡수하는 과정에서 이온 농도의 변화를 감지하여 전기전도도를 알 수 있다.

이러한 전기장을 활용한 아이디어를 생각했다. 전기장 기반 해충 방지와 유익한 곤충 유도 장치다. 전기장의 세기나 패턴을 달리하여 유익한 곤충을 불러들이고 해로운 곤충은 접근하지 못하게 하는 기존 기술을 이용하는 것이다. 유해한 비료로 환경오염이 심해지는 지금 정말 필요한 기술이 될 것 같다.

아이디어 개념도

위에서 얘기한 얼룩말의 다양한 줄무늬 패턴을 이용하여 꽃마다 고유의 전기장을 만들 수 있다. 꽃들의 특성에 맞게 전기장을 만들면 해로운 곤충을 막고 유익한 곤충만 불러들일 수 있다. 얼룩말이 어떻게 꽃의 운명을 바꿀 수 있는지 이젠 이해가 될 것이다.