태양빛 저장하는 북극곰 털가죽 모방한 섬유는 실내 조명에서도 온기 획득

겨울이 더 길고 혹독해지고 있다. 영하 30도의 환경에서 물속에 뛰어들며 사는 북극곰의 털가죽을 본뜬 섬유가 미국에서 2023년 개발됐다. 이 섬유는 흐리고 비오는 날은 실내조명 아래서도 온기를 얻고 유지한다.

미국 메사추세츠 애머스트대학교 화학과 연구팀의 합성섬유

미국 애머스트 대학교 연구팀(University of Massachusetts Amherst)의 트리샤 앤드류(Trisha Andrew) 교수팀이 80여년의 연구끝에 북극곰의 털가죽을 모방한 합성섬유를 개발해냈다. 영하 30도의 북극에서 북극곰은 바다물에 뛰어든다.

연구팀은 북극곰이 바닷물에 뛰어들고도 어떻게 추위를 이기는지 원리를 연구했다. 북극곰 털은 태양빛을 저장하고 합성하는 것으로 알려졌다. 이에 착안에서 합성섬유를 개발했다. 보온성이 탁월하면서도 무게가 가벼워 곧 제품으로 나와 상용화될 예정이다.

북극곰 털의 방한·방수기능을 접목해서 섬유를 개발하고자 1940년부터 연구가 시작됐다. 과학자들이 우선 주목한 것은 북극곰 등의 극지방 동물들이 체온을 유지하기 위해 태양빛을 활용한다는 사실이었다.

북극곰의 털은 흰색이 아니라 투명한 색이다. 북극곰의 털은 털(hair)이 아니라 인간의 손톱처럼 단백질 케라틴 성분이고 털 속은 비어 있다. 텅빈 털에 태양빛이 들어가면 빛이 산란되어 사람의 눈에 털색이 흰색이나 노란색으로 보인다.

빛의 산란은 태양빛이 여러 입자들과 부딛힐 때 빛이 사방으로 흩어지는 현상이다. 흰색으로 보이는 덕분에 북극곰은 흰 설원에서 눈에 잘 띄지 않아 사냥에 유리하다.

속이 빈 털은 이중 유리창의 구실을 한다. 이중 유리창 속의 공기가 열이 들어가거나 나가는 것을 막아주듯이 북극곰의 투명한 털 안에서도 공기가 채워져 있어서 열이 빠져나가는 것을 막는다.

그래서 야간에 북극곰을 관찰하려고 적외선 카메라를 켜도 북극곰이 관찰되지 않는다. 북극곰의 털가죽이 열을 내뿜지 않기 때문이다. 게다가 북극곰 털은 방수이다.

북극곰의 털은 길이가 두 종류이다. 우선, 피부 위로는 보온이 잘되는 짧은 털이 촘촘히 나있다. 제일 바깥쪽으로 나있는 긴 털은 바닷물에서 수영할 때 방수가 되고 투명하기 때문에 태양빛이 피부에 직접 도달하게 한다.

북극곰은 털을 통해 태양빛을 털 안에서 복사함으로써 보온 효과를 이끌어낸다. 앤드류 교수는 털의 태양빛 복사하는 기능에만 촛점을 맞추었던 그간의 연구는 극지방 동물 체온유지 비밀의 절반일뿐 이라고 말했다.

그래서 이번 연구에서는 털뿐만 아니라 털 밑에 있는 피부에 온기가 저장되는 방식에 주목했다. 북극곰의 털가죽은 흰색털과 까만색 피부로 이뤄줬다.

털은 태양빛을 곰의 피부로 전달해 체온을 따뜻하게 한다. 털이 피부에 저장된 온기를 가두는 역할을 하는 점에 연구팀은 주목했다. 북극곰의 털은 힘들에 얻은 온기를 담요처럼 덮어 피부층에 가두는 역할이다.

태양빛(열)을 전달하고 열유출을 막는 털, 그리고 열을 저장하는 피부의 이중구성이 보온기능의 핵심이라고 연구팀은 설명한다. 연구팀은 북극곰 털가죽의 이중구조를 인공 섬유에 구현했다.

열복사에 도움을 주는 폴리프로필렌 수지와 폴리머 복합소재를 더한 나일론을 다시 전기가 통하는 플라스틱인 전도성고분자(PEDOT)로 고팅했다. 코팅제는 북극곰의 피부처럼 어두운 색깔이어서 열을 저장하기에 더 적합하다.

이렇게 개발된 섬유로 만든 웃옷은 비슷한 두께의 면소재 웃옷보다 무게가 30% 가벼우면서도 보온 효과는 더 탁월했다. 실험결과 면 웃옷을 입었을 때 추위를 느끼는 온도보다 10도나 낮은 환경에서도 보온성이 유지됐다.

이 새로운 섬유는 북극곰의 살아있는 털가죽처럼 태양빛을 끌어들이고 가두는 구조이다. 그렇다면 흐리거나 해가 뜨질 않을 때는 무용지물인가. 아니다.

실내조명인 형광등 백열등 등 아래서도 온기를 획득하고 효율적으로 기능한다. 애머스트대 연구팀은 옷감을 생산하고자 기업도 창업했다. 이번 연구 성공으로 개발한 섬유로 이 기업에서 이미 옷감을 생산하고 있다.

(출처 Newatlas, University of Massachusetts Amherst website, Earthranger)