AI·인간 합작한 최강의 수중 접착제

일본 홋카이도대 연구팀이 개발한 수중 접착제 'R1-max'로 고무 오리 '러버덕'을 파도가 치는 해변 바위에 붙여 성능을 테스트하는 모습. Hao Guo, Hongguang Liao, Hailong Fan 제공

일본 연구팀이 인공지능(AI)으로 천연 접착 단백질 2만4707개를 분석해 최강의 '수중 접착제'를 개발했다. 파도가 치는 해변의 돌에서도 물체를 단단히 붙잡고 물이 채워진 파이프 구멍을 5개월 동안 누수 없이 막는 등 역대 최고의 수중 접착 성능을 달성했다. 의학바이오 분야부터 심해 탐사까지 다양한 응용 가능성이 기대된다.

공 지안 핑 일본 홋카이도대 생명과학대학원 교수팀은 AI를 활용해 초강력 수중 접착제를 개발하고 연구결과를 6일(현지시간) 국제학술지 '네이처'에 공개했다. 

수중이나 습도가 높은 환경에서 접착력을 내는 물질을 개발하는 것은 과학자들의 오랜 과제다. 박테리아나 홍합, 갯지렁이 등이 자연에서 만드는 접착 단백질을 벤치마킹하는 시도가 이어지고 있지만 천연 단백질의 구조가 복잡해 설계가 까다롭고 시간도 오래 걸린다.

연구팀은 미국 국립생명공학정보센터(NCBI)에서 2만4707개의 천연 접착 단백질 데이터 세트를 AI에 학습시켜 공통으로 나타나는 아미노산 서열을 발견했다. 아미노산은 단백질을 만드는 단위체로 아미노산의 종류나 결합 순서에 따라 단백질의 특성이 결정된다.

AI는 분석 결과를 기반으로 새로운 하이드로겔 접착제 180개를 제안했다. 하이드로겔은 수분이 다량 포함돼 말랑말랑한 고분자 물질이다. 

연구팀은 AI가 제안한 접착제를 실험으로 구현하고 결과 데이터를 다시 AI에 학습시키며 수중 접착제를 최적화했다. 그 결과 AI가 처음 제안한 180개 단백질보다 수중 접착력이 훨씬 우수한 3개 물질이 선정됐다.

연구팀이 AI로 개발한 하이드로겔 접착제의 접착 강도는 최대 1메가파스칼(1MPa)에 달해 현재 수중 접착제 중 최고 성능을 보여줬다. 접착 면적 1제곱센티미터(㎠)당 무게 10kg을 견디는 수준이다.

연구팀은 'R1-max'라고 명명한 접착제로 파도가 치는 해변 바위에 고무 오리를 붙여 접착력을 증명했다. 파도가 고무 오리를 때리거나 조류가 흘러도 고무 오리는 떨어지지 않았다.

다른 접착제인 'R2-max'로는 물로 채워진 3m 파이프 아래 뚫린 지름 20밀리미터의 구멍을 뚫고 틀어막았다. 5개월 이상 누수가 전혀 발생하지 않았다.

AI 기반의 초강력 수중 접착제는 의족이나 생체 센서 등 의학 바이오 분야와 심해 탐사 등 다양한 분야에서 활용될 것으로 기대된다. 

로라 루소 이탈리아 밀라노-비코카대 의대 교수는 "이번 연구는 재료과학 분야에서 AI가 단순한 탐색 도구가 아니라는 것을 보여준다"며 "AI는 재료 설계·생성 과정을 개선하며 과학자들의 연구 방식을 적극 변화시키고 있다"고 논평했다.

유튜브(youtube.com/watch?v=i-mylcHmAZo)에서 이번 연구결과를 소개한 영상을 볼 수 있다.

<참고 자료>
- doi.org/10.1038/s41586-025-09269-4

[이병구 기자 2bottle9@donga.com]