"사막도마뱀은 물을 어떻게 먹을까" 수십 년 난제 풀었다…오염 토양서 식수 얻는 기술 확보

uapple 기자

등록 2026-07-06 09:16

사막뿔도마뱀 턱 움직임 원리 세계 최초 유체역학적 규명

극한 환경서 필요한 휴대용 수분 채집기·소형 정수 장치로 응용 기대돼

국제 저명 학술지 ‘PNAS(미국국립과학원회보)’ 논문 게재

제미나이 이미지서울대학교 공과대학 공동 연구팀이 사막뿔도마뱀의 독특한 음수 원리를 세계 최초로 규명하고, 이를 모사해 오염된 흙에서 식수를 수집·정화하는 혁신적인 생체 모방 시스템을 개발했다.

서울대 기계공학부(이승주 박사과정, 최준희 박사, 김호영 교수) 및 전기정보공학부(김성재 교수), 연세대(김원정 교수), DGIST(정소현 교수), 하버드 의대(김원석 박사) 등이 참여한 이번 융합 연구 성과는 세계 최고 권위의 학술지 PNAS(미국국립과학원회보)에 게재됐다. 특히 PNAS 편집장과 편집위원들이 주목할 만한 논문으로 직접 엄선하는 ‘이주의 논문(In This Issue)’ 하이라이트로 선정되며 세계적인 주목을 받고 있다.

왼쪽부터 이승주 서울대 박사과정, 정소현 DGIST 교수, 김원정 연세대 교수, 김성재 서울대 교수, 김호영 서울대 교수

건조한 사막에 서식하는 사막뿔도마뱀은 피부 표면의 미세 통로를 활용한 모세관 현상으로 수분을 입가까지 이동시킨다. 그러나 입가에 모인 물을 어떻게 입안으로 삼키는지는 수십 년간 생물학계의 난제로 남아있었다.

연구팀은 초고속 카메라 관찰을 통해 도마뱀이 입을 매우 천천히 벌리고 빠르게 닫는 비대칭적인 턱 움직임을 반복한다는 사실을 발견했다. 유체역학적 분석 결과, 입을 천천히 벌릴수록 턱 주변에 남는 수분 손실을 최소화해 더 많은 양의 물을 입안으로 밀어 넣을 수 있음이 증명됐다.

연구팀은 이 원리를 착안해 젖은 토양에서 물을 수확하는 인공 생체 모방 시스템을 세계 최초로 개발했다. 해당 장치는 다공성 매질(스폰지)을 이용해 흙 속 수분을 빨아들인 뒤, 모터로 구동되는 인공 턱의 비대칭적 움직임으로 물을 수집하는 구조다.

특히 다공성 매질 내부에 이온 교환 물질(Nafion·나피온)을 코팅함으로써 수분 수집과 동시에 유해 중금속을 95% 이상 정화하는 데 성공했다. 이번에 개발된 턱관절 모사 펌핑 방식은 스폰지를 단순히 압축해 물을 짜내는 기존 방식보다 에너지 효율성이 크게 우수해, 향후 휴대용 수분 채집기로의 발전 가능성을 입증했다.

서울대 김호영 교수는 "이번 연구는 베일에 싸여 있던 사막 도마뱀의 생존 전략을 유체역학적으로 규명하고 기계장치로 구현한 성과"라며 "극한의 건조 환경이나 오염된 토양에서도 적은 에너지로 안전한 식수를 확보할 수 있는 차세대 수자원 기술의 중요한 원천이 될 것"이라고 연구 의의를 밝혔다.

공동 연구자인 서울대 김성재 교수는 "자원이 부족한 환경에서 최소한의 식수를 확보할 수 있는 소형 정수 장치로 응용이 가능하다"고 덧붙였다.

이번 연구를 주도한 제1저자 이승주 연구원은 향후 서울대학교에서 유체 제어 기술에 관한 연구를 지속할 예정이다. 한국연구재단의 지원으로 수행된 이번 연구의 논문명은 'Soil Water Harvest Inspired by Desert Horned Lizards Phrynosoma platyrhinos'이다.