생체공학

3. 방식

생체모방은 단순히 생물학적 구조를 모방하는 것을 넘어, 자연에서 발견되는 기능을 구현하는 것을 강조한다. 예를 들어, 컴퓨터 과학에서 사이버네틱스는 지능적인 행동에 내재된 피드백 및 제어 메커니즘을 모델링하는 반면, 인공 지능은 특정 달성 방법에 관계없이 지능적인 기능을 모델링한다.

사례 기반 추론(CBR)은 자연을 이미 작동하는 해결책의 정보집합체로 본다. 옹호자들은 선택압이 모든 자연 생명체들이 실패를 최소화하고 제거한다고 주장한다.

거의 모든 공학이 생체 모방의 한 형태라고 할 수 있지만, 이 분야의 현대적 기원은 일반적으로 벅민스터 풀러에게 있으며, 이후 자닌 베니어스에 의해 연구 분야로 체계화되었다.

기술을 모델링할 수 있는 동물군 또는 식물군에는 일반적으로 세 가지 생물학적 수준이 있다.

• 자연 제조 방법 모방
• 자연에서 발견되는 메커니즘 모방 (예: 벨크로)
• 유기체의 사회적 행동에서 조직 원리 연구 (예: 새의 무리 행동, 개미 채집 및 벌 채집 최적화, 물고기 떼의 군집 지능 (SI) 기반 행동)

4. 생체모방의 예시

레오나르도 다 빈치의 비행기와 날아다니는 배는 일찍이 공학에서 자연으로부터 영감을 얻은 예시이다.^[45]

생체모방은 로봇 공학, 컴퓨터 과학, 건축, 정치, 비즈니스 등 다양한 분야에서 활용되고 있다.

생체 공학이라는 용어는 유기체와 기계의 융합을 의미하기도 한다. 케빈 워윅의 임플란트 실험에서는 자신의 신경계를 통해 초음파 입력을 받는 방식으로 실제로 구현되었다.^[1]

4. 1. 기술 및 산업

• 벨크로는 생체모방의 가장 유명한 예시이다. 1948년, 스위스의 공학자 조지 드 메스트랄은 산책 중에 개의 털에 붙은 도꼬마리 열매를 제거하다가 도꼬마리의 갈고리가 털에 달라붙는 방식을 깨달았다.^[45]

• 19세기 초반, 나무를 손으로 베던 시절에 사용되었던 벌목꾼 날의 뿔 모양, 톱니 모양 디자인은 나무를 갉아먹는 딱정벌레의 관찰을 모델로 삼았다. 이 날들은 훨씬 더 효율적이었고, 따라서 목재 산업에 혁명을 일으켰다.

• 고양이 눈 반사경은 고양이 눈의 메커니즘을 연구한 후 1935년 퍼시 쇼에 의해 발명되었다. 그는 고양이가 아주 작은 빛을 반사할 수 있는 휘판으로 알려진 반사 세포 시스템을 가지고 있다는 것을 발견했다.

• 레실린은 절지동물에서도 발견되는 물질을 연구하여 만들어진 고무 대체재이다.

• 줄리안 빈센트는 솔방울 연구를 통해 2004년 기온 변화에 적응하는 "스마트" 의류를 개발했다. 그는 "저는 습도 변화에 따라 형태가 변하는 무생물 시스템을 원했습니다."라고 말했다. 솔방울은 습도가 높아지면 비늘을 열어 (씨앗을 퍼뜨리기 위해) 반응한다. "스마트" 직물도 마찬가지로, 착용자가 덥고 땀을 흘릴 때는 열리고 추울 때는 닫힌다.

• 비행 속도와 지속 시간에 따라 형태가 변하는 "형상 변환 항공기 날개"는 2004년 펜실베이니아 주립 대학교의 생체 모방 과학자들에 의해 설계되었다. 형상 변환 날개는 비행 속도에 따라 날개 모양이 다른 다양한 조류 종에서 영감을 받았다. 항공기 날개의 형태와 기본 구조를 변경하기 위해, 연구자들은 덮개를 변경할 수 있어야 했다. 그들은 날개를 서로 미끄러질 수 있는 물고기에서 영감을 받은 비늘로 덮음으로써 설계를 구현했다. 어떤 면에서는 이는 가변익 설계의 개선이다.

• 일부 페인트와 지붕 타일은 연꽃의 메커니즘을 모방하여 자체 세척되도록 설계되었다.^[45]

• 콜레스테릭 액정(CLCs)은 어항 온도계나 온도 변화에 따라 색상이 변하는 무드 링을 제작하는 데 자주 사용되는 박막 재료이다. 이들은 분자가 나선형 또는 키랄 배열로 정렬되어 있고, 온도에 따라 나선형 구조의 피치가 변하여 다른 파장의 빛을 반사하기 때문에 색상이 변한다.

• 나노 구조와 나비 날개의 반짝이는 색상을 만들어내는 물리적 메커니즘은 사우스햄튼 대학교 전자 및 컴퓨터 과학 교수 그레그 파커와 연구 학생 루카 플랫너가 광학 분야에서 인 실리코로 재현했다. 이는 전자 대신 광자를 정보 전달자로 사용하는 전자 공학이다.

• 푸른 모르포 나비의 날개 구조를 연구하여 물과 금속을 통해 읽을 수 있는 RFID 태그를 만들기 위해 빛을 반사하는 방식을 모방했다.^[46]

• 나비의 날개 구조는 또한 폭발물을 감지하는 새로운 나노센서 제작에 영감을 주었다.^[47]

• 뉴로모픽 집적 회로 칩과 실리콘 망막은 실제 생물학적 신경 네트워크를 모델로 한 배선을 가지고 있다.

• 테크노 생태계 또는 '에코 사이보그' 시스템은 생태 기능을 모방하는 기술적 프로세스에 자연 생태학적 프로세스를 결합하는 것을 포함한다. 이것은 자기 조절 하이브리드 시스템의 생성을 초래한다.^[48]

• 아교와 작은 나노 털을 포함하는 의료용 접착제는 게코의 발에서 발견되는 물리적 구조를 기반으로 개발되고 있다.

• 컴퓨터 바이러스는 또한 생물학적 바이러스와 유사성을 보이며, 자기 복제 및 확산을 위해 프로그램 지향적 정보를 공격한다.

• 하라레의 이스게이트 센터 건물의 냉각 시스템은 매우 효율적인 수동 냉각을 달성하기 위해 흰개미집을 모델로 했다.

• 홍합이 바위, 부두 및 보트 선체에 붙는 것을 가능하게 하는 접착제는 혈관을 위한 생체 접착성 젤에 영감을 주었다.^[50]

• 생체공학 분야는 다른 장점과 함께 더 큰 민첩성을 제공하는 새로운 항공기 설계에 영감을 주었다.

• 식생의 보호와 복원을 위해 그 기능을 인공적으로 모방한 인공 식생^[29]。

• 상어의 피부를 모방한 특수한 무늬가 들어간 수영용 수영복^[30]。

• 도마뱀붙이의 손가락 미세 구조를 모방한 점착제 없는 점착 테이프^[31][32]。

• 나방의 눈 구조를 모방한 무반사 필름^[33]。

• 귀뚜라미의 감각모나 넓적배사슴벌레의 더듬이에서 단서를 얻은 고감도 센서.

• 부엉이의 깃털 구조에서 단서를 얻은 소음을 줄이는 신칸센의 팬터그래프^[34]。

• 물총새의 부리 모양을 모방하여 터널에 들어갈 때 소음을 줄인 신칸센의 선단 부분^[34]。

• 달팽이의 껍질 구조에서 단서를 얻은 방오 제품^[35]。

• 모기의 입 구조를 모방한 무통 주사침^[36]。

• 잠자리 · 독수리 · 알바트로스를 참고한 고효율, 저소음 에어컨 시스템^[37]。

• 잠자리를 참고한 경량 드론^[38]。

• 거미줄의 강도에 가까워진 섬유 (스파이 버)^[39][40]。더 강력한 애벌레의 실^[41]。

• 자리공의 발열 제어 알고리즘이 에너지 절약으로 이어지는 것이 발견되었다^[42]。

4. 2. 의학

4. 3. 정치

4. 4. 비즈니스

4. 5. 기타

참조

_[1] 서적 Twenty-First Century's Fuel Sufficiency Roadmap https://books.google[...] Lulu.com 2012-06-06
_[2] 웹사이트 bionics http://www.etymonlin[...]
_[3] 논문 Superhydrophobic and superoleophobic properties in nature
_[4] 논문 Hierarchically structured bioinspired nanocomposites https://www.nature.c[...] 2022-11-28
_[5] 웹사이트 Research Interests http://www.duke.edu/[...] 2011-04-23
_[6] 논문 Biomimetics—its practice and theory
_[7] 논문 The Foundation of Bionics https://muse.jhu.edu[...] 1983
_[8] 웹사이트 Sto Lotusan – Biomimicry Paint http://www.treehugge[...] 2011-04-23
_[9] 웹사이트 Chiral Photonics https://chiralphoton[...] 2023-02-03
_[10] 웹사이트 Butterflies' wings dazzle with science {{!}} University of Southampton https://www.southamp[...] 2023-02-03
_[11] 웹사이트 RFID Through Water and on Metal with 99.9% Reliability (Episode 015) https://web.archive.[...]
_[12] 웹사이트 Nanosensors inspired by butterfly wings (Wired UK) https://www.wired.co[...] 2011-04-23
_[13] 논문 Mind and autonomy in engineered biosystems http://infolib.hua.e[...]
_[14] 서적 Ecological and general systems: an introduction to systems ecology https://books.google[...] University Press of Colorado 2011-04-23
_[15] 웹사이트 Mussel glue inspires bioadhesive gel for blood vessels http://www.robaid.co[...] 2012-12-14
_[16] 논문 A family of vortex wakes generated by a thrush nightingale in free flight in a wind tunnel over its entire natural range of flight speeds https://journals.bio[...]
_[17] 서적 Avian Flight https://books.google[...] Oxford University Press 2011-04-23
_[18] 논문 Leading-Edge Vortex Lifts Swifts
_[19] 웹사이트 The Flight of the Hummingbird Decoded https://depts.washin[...] 2005
_[20] 웹사이트 How Do Flies Turn? http://journalism.be[...] 2011-04-23
_[21] 웹사이트 Design inspired by nature http://www.esa.int/g[...]
_[22] 논문 Bioinspired mechanical device generates plasma in water via cavitation 2019-03
_[23] 웹사이트 Bionic devices http://www.bionicsqu[...] 2018-04-27
_[24] 서적 MEC2002 Conference Proceedings https://www.unb.ca/r[...] University of New Brunswick
_[25] 웹사이트 Bionic eye implant world first https://www.bbc.co.u[...] 2015-07-21
_[26] 웹사이트 Tilly Lockey, bionic arm girl: "My difference is my superpower" https://www.urevolut[...] 2022-06-17
_[27] 뉴스 Military veteran first person to get 3D-printed 'hero arm' on NHS https://www.telegrap[...] The Telegraph 2023-02-03
_[28] 웹사이트 Department of Mechanical Engineering, University of Bath http://www.bath.ac.u[...] 2011-04-23
_[29] 문서
_[30] 웹사이트 この生き物からこんなことが！ https://www.kahaku.g[...]
_[31] 웹사이트 「ヤモリの足」から生まれた最先端のテープ https://www.nikkei.c[...]
_[32] 웹사이트 ヤモリに学び、ガをまねる　未来型モノ作りの胎動 https://www.nikkei.c[...]
_[33] 웹사이트 モスアイ型の無反射フィルム製造プロセスの開発について https://www.m-chemic[...]
_[34] 웹사이트 世界一のスピードと斬新なデザインで人気を博した新幹線５００系。 http://www.7midori.o[...]
_[35] 웹사이트 カタツムリの防汚メカニズムを生かしたタイルがあるのです。 http://www.lixil.co.[...]
_[36] URL http://www.jsps.go.j[...]
_[37] 웹사이트 家電が驚くべき進化を遂げる！　シャープの「生物模倣技術」とは？ https://www.itmedia.[...]
_[38] 웹사이트 優雅に空を飛ぶ、スマホ制御の人工トンボ http://wired.jp/2013[...]
_[39] 웹사이트 実験でクモから地球上最強の繊維が誕生 夢の装置に活用される可能性も https://news.livedoo[...]
_[40] 웹사이트 「クモの糸」を人工合成　世界が注目するバイオベンチャー http://www.projectde[...]
_[41] 웹사이트 クモ糸を超えるミノムシの糸、強さの秘密を科学的に解明 http://nou-ledge.com[...]
_[42] 웹사이트 ザゼンソウ温度制御アルゴリズム http://www.sankikeis[...]
_[43] 웹사이트 Research Interests http://www.duke.edu/[...] 2012-11-14
_[44] 저널 Biomimetics—its practice and theory
_[45] 웹사이트 Sto Lotusan — Biomimicry Paint http://www.treehugge[...] 2011-04-23
_[46] 웹사이트 RFID Through Water and on Metal with 99.9% Reliability (Episode 015) http://www.rfidradio[...] 2015-02-25
_[47] 웹사이트 날개 - 나노 센서 나노 센서 나비의 날개 (유선 UK) http://www.wired.co.[...] 2011-04-23
_[48] 저널 마음과 자율성을 설계 바이오 시스템에
_[49] 책 환경에 미치는 영향 일반 시스템: 시스템 생태에 대한 소개 콜로라도의 대학 출판부 1994-05-15
_[50] 웹사이트 홍합 접착제는 혈관에 대한 생체 접착제 젤을 고무 http://www.robaid.co[...] 2014-08-20
_[51] 책 옥스포드 대학 출판부 2006-10
_[52] 저널 첨단 소용돌이 승강기 Swifts
_[53] 웹사이트 브렛 Tobalske의 벌새 - 연구 https://depts.washin[...]
_[54] 웹사이트 파리십시오? http://journalism.be[...] 2011-04-23
_[55] 웹사이트 디자인 http://www.esa.int/ [...]
_[56] 뉴스 무선 기술을 사용하는 생체 공학 손 메일 온라인 2010-05-06
_[57] 웹사이트 생체 모방 공학 및 NCRM을, 니치 - 인 생체 모방 공학 생체 모방의 조직 공학의 분류, 세포, 세포 치료 줄기 2011-04-23
_[58] 뉴스 무선 기술이 발표 사용한다. 생체 공학 손 http://www.dailymail[...] 메일 온라인 2010-05-06
_[59] 웹사이트 생체 모방 공학 및 NCRM을, 니치 - 인 생체 모방 공학 생체 모방의 조직 공학의 분류, 세포, 세포 치료 줄기 2011-04-23
_[60] 뉴스 무선 기술을 사용하는 생체 공학 손 메일 온라인 2010-05-06
_[61] 웹사이트 생체 모방 공학 및 NCRM을, 니치 - 인 생체 모방 공학 생체 모방의 조직 공학의 분류, 세포, 세포 치료 줄기 2011-04-23
_[62] 뉴스 무선 기술이 발표 사용한다. 생체 공학 손 http://www.dailymail[...] 메일 온라인 2010-05-06
_[63] 웹사이트 생체 모방 공학 및 NCRM을, 니치 - 인 생체 모방 공학 생체 모방의 조직 공학의 분류, 세포, 세포 치료 줄기 2011-04-23