단풍나무 씨앗 닮은 친환경 발광 센서로 기후변화 감시한다

이탈리아 연구진, 친환경 온도 센서 ‘아이시드’ 개발
회전하면서 일정한 속도로 떨어지는 단풍나무 씨앗 장점 활용
가시광선·자외선 등 감지해 대기 환경 파악 가능

사마라(Samara)로 알려진 단풍나무 씨앗./이탈리아 기술연구소

전력 소모나 환경오염 없는 단풍나무 씨앗 모양 발광 센서가 개발됐다. 이 발광 센서는 광자 에너지로 대기 환경을 감지해 기후변화를 연구하는 유용한 도구로 활용될 수 있다.

바바라 마졸라이(Barbara Mazzolai) 이탈리아 기술연구원(IIT) 생체모방소프트로봇연구소장 연구팀은 단풍나무 씨앗을 모방한 친환경 발광 센서를 개발했다는 내용의 연구결과를 국제학술지 ‘사이언스 어드밴시스(Science Advances)’에 15일(현지 시각) 발표했다.

무선 센서 네트워크는 여러 센서를 연결해 공기와 해수, 습도, 오염물질을 감지하는 역할을 한다. 하지만 현재 사용하는 센서는 전원공급 장치가 필요하고 공간에 따른 작업량이 많다는 문제가 있다.

무선 센서 네트워크의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것이 곤충이나 식물 씨앗을 모사한 센서다. 생체적합성 감지 기술과 함께 바람에 따라 분산되면서 관측 방법을 단순화할 수 있다. 최근 민들레 씨앗에서 영감을 받은 센서가 빛과 압력, 자기장, 습도 등을 감지할 수 있다는 연구결과도 나왔다. 다만 여전히 무선 센서들은 전자제품에 의존해 폐기물을 생성하고 있다.

연구팀은 사마라(Samara)로 알려진 단풍나무 씨앗을 닮은 센서 ‘아이시드(I-Seed)’를 개발했다. 날개 모양으로 생긴 단풍나무 씨앗은 나무에서 분리된 후 회전을 시작해 일정한 속도로 떨어진다. 이는 센서에 추가적인 에너지를 투입하지 않아도 되며 균일한 대기 모니터링이 가능하다는 것을 의미한다.

바바라 마졸라이(Barbara Mazzolai) 이탈리아 기술연구원(IIT) 생체모방소프트로봇연구소장 연구팀이 개발한 단풍나무 씨앗을 모방한 친환경 발광 센서 '아이시드(I-Seed)' 실험./이탈리아 기술연구소

연구팀이 개발한 형광 센서는 자외선과 가시광선, 적외선에 이르는 광범위한 파장을 광자 에너지로 변환한다. 다른 온도에 노출됐을 때 나타나는 빛 파장의 차이와 특성을 센서가 감지하고 주변 환경을 알 수 있다. 이 센서가 측정하는 환경의 온도 범위는 섭씨 영하 5도부터 영상 40도까지다.

센서는 환경 잔해물이 남지 않는 생분해성 물질을 이용한 3차원(D) 프린팅으로 만들어졌다. 연구팀은 폴리락트산(PLA)이라는 고분자물질을 이용해 센서를 제작했는데, 옥수수 전분처럼 재생 가능한 자원에서 추출한 생분해성 폴리머다. 또 폴리락트산은 열·기계적 안정성이 뛰어나 형광 센서로 만들기 적합하다. 광자 에너지를 감지하기 위해 란탄계열 물질을 첨가했다.

연구팀은 “분산된 모니터링은 기후 문제를 해결하기 위한 지속 가능한 전략이지만, 전자 시스템으로 비용이 많이 들고 폐기물을 발생시킨다는 문제가 있다”며 “단풍나무 씨앗은 바람에 따라 수동적인 자동 회전 메커니즘을 통해 비행하기 때문에 친환경 센서의 흥미로운 예”라고 설명했다.

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