로버트 풀: 도마뱀 꼬리가 주는 교훈

오늘 저는 여러분과 함께 어떤 근본적인 발견을 공유하고자 합니다. 발견 그 자체보다는 실제로 발견하게 된 과정을 이야기하고 싶습니다. 과학 모임에서 발표하는 방식도, 과학 논문에 기고하는 방식도 아닙니다. 생체모방을 넘어선, 제가 생명공생주의(biomutualism)라 부르는 것에 대한 이야기입니다. 저는 생명공생주의를 생물과 또 다른 학문의 연합으로 정의합니다. 개별 학문이 다른 학문에 비해 발전하지만, 결과로 나타나는 집약적인 발견은 어느 한 분야를 초월하는 것입니다. 생명공생주의의 관점에서, 인간 기술이라는 것은 자연이 가진 성질 그 이상을 모방하는 것이다보니 자연은 매우 유용한 선생님이 됩니다. 생물학이 우세할 경우 공학은 생물학의 원리와 유추를 통해 영감을 받을 수 있습니다. 그렇더라도 최상의 인간공학과 통합하는 것은 결국 실제로는 자연보다 더 나은 무언가를 만들기 위한 것입니다.

생물학자가 된 저에게 이 문제는 매우 관심을 끄는 것이었습니다. 이것들은 도마뱀의 발가락입니다. 이렇게 희한하게 생긴 발로 어떻게 그토록 빨리 벽을 타고 올라가는지 궁금하지요. 우리는 그 방법을 알아냈습니다. 그리고 양탄자처럼 자잘한 털이 수북하게 난 도마뱀 발이 나뭇잎 같은 모양이라는 사실을 알아냈습니다. 털은 대략 100개에서 1,000가닥으로 아주 심하게 갈라져있고, 나노 크기수준으로 작습니다. 발가락마다 나노크기로 갈라진 털 2십억 가닥이 달려 있는 것입니다. 이 가닥은 벨크로나 흡입기, 아교로 달라붙는 것이 아닙니다. 실제로는 반데르발스 작용이라고 하는 분자간 힘만으로 고정됩니다. 오늘 여러분에게 처음으로 완성된 자정합성체, 건조접착을 소개하게 된 것은 실로 기쁜 일입니다. 버클리 대학의 공동 기술자 론 피어링은 가장 단순한 자연 그대로의 모습에서 파생한 최초의 합성체 변형을 만들었습니다. 그리고 또 다른 믿음직한 공동 작업자, 스탠포드 대학의 마크 커코스키가 있습니다. 마크는 도마뱀보다 훨씬 많은 털을 만들었는데, 마찬가지의 일반적 이론들을 사용했습니다.

그리고 여기서 처음으로 실험을 해보겠습니다. (웃음) 이 사람은 켈러 어텀으로, 전에는 제가 가르치던 박사 과정 학생이었고, 지금은 루이스와 클라크 대학의 교수입니다. 말 그대로 켈러는 이 실험을 위해 첫 아이를 바친 친구입니다. (웃음)

가장 최근에 있었던 일입니다.

남자: 사람이 실제로 이것을 써서 올라가는 것은 처음입니다.

설명: 전문 산악인 린 베린스키는 자신만만한 모습입니다.

린 베린스키: 솔직히 말해서, 100% 안전할 것입니다. 안전도 100%라고요.

남자: 어떻게 압니까?

린 베린스키: 책임보험에 들었거든요.

설명: 아래는 매트리스를 깔고 안전로프를 감습니다. 린은 60발자국 올라갔습니다. 헐리우드와 과학이라는 완벽한 한 쌍이 만난 꼭대기에 올라갔습니다.

남자: 이제 당신은 공식적으로 도마뱀과 겨룬 최초의 인간입니다.

린 베린스키: 허어! 우와. 대단한 명예로군요.

로버트 풀: 이게 린이 거친 표면에 사용한 것입니다. 그러나 실제로 표면은 부드러웠고, 둘 중 하나를 사용해 올라가고, 자기 몸을 끌어올렸습니다. 그리고 여러분은 이걸 넓은 방에서 사용해보고 도마뱀에서 영감을 받은 물건을 살펴볼 수 있습니다. 이것을 로봇이 사용할 경우 문제는 떨어질 수 없다는 것입니다. 도마뱀은 이렇게 해결합니다. 도마뱀은 벽을 기어올라갈 때 매우 빠른 속도로 발가락을 떼어냅니다.

오늘 여러분에게 새로운 계통의 건조접착을 사용한 최신 로봇인 스티키봇(Stickybot)을 보여드리게 돼서 정말 흥분되는군요. 실제 로봇이 여기 있습니다. 그리고 로봇은 이렇게 움직입니다. 보시게 되면, 로봇은 도마뱀처럼 발가락을 떼어내면서 움직입니다. 여러분에게 비디오를 좀 보여드릴 수 있으면 이 로봇이 벽을 기어오르는 것을 보실 수 있을 텐데요. (박수) 저렇게요. 스탠포드 연구팀이 이 믿을 수 없는 로봇을 고안하면서 만들어낸 새로운 접착제 덕분에, 다른 표면에서도 올라갈 수 있습니다. (박수)

아, 제가 말씀드리고 싶은 것이 하나 있는데, 스티키봇을 보십시오. 뭔가 있죠. 도마뱀처럼 생기진 않았네요. 꼬리가 있습니다. 우리가 자연을 알고 있다고 생각하지만, 이런 류의 일이 생깁니다. 기술자가 말하길, 로봇이 기어올라갈 때 꼬리가 없으면 벽에서 떨어질 것이라고 하더군요. 그들이 중요한 질문을 던진 것입니다. 기술자들은 이렇게 말했습니다. “음, 꼬리 같은 것 말입니다.” 비록 거기에 움직이지 않는 막대기를 단다 해도 말입니다. “도마뱀이 벽을 타고 올라갈 때 꼬리를 쓰나요?” 기술자들이 우리에게 은혜를 베푼 것이었습니다 미처 생각하지 못했던 생물학의 가설을 제공했으니까요.

그런 다음, 당연히 우리는 혼란에 빠졌습니다. 생물학자로서 진즉에 알아야 했던 것이죠. “음, 꼬리의 역할이 뭐지?” 글쎄요, 예를 들어 꼬리에 지방을 축적한다는 사실은 알지요. 꼬리로 뭔가를 잡는 사실도 알고요. 그리고 정지 상태에서 꼬리로 균형을 잡는다는 사실은 사실은 아마 가장 유명하지 않을까요. (웃음) 평형추 역할을 하기도 합니다. 이 캥거루를 좀 보십시오. 꼬리 보이십니까? 놀랍죠! 마크 레이버트는 껑충껑충 뛰는 우니루라는 로봇을 만들었습니다. 우니루는 꼬리가 없으면 균형을 못 잡습니다. 꼬리는 기동성을 좌우합니다. 이 공룡 옷 안에 들어있는 사람처럼요. (웃음) 제 동료들은 한 학생의 관성모멘트를 늘려가면서 실제로 이 취약점을 실험했습니다. 꼬리가 있죠. 뛰면서 장애물 코스를 통과하는 학생의 동작이 느려지는 것을 볼 수 있습니다. 예측했다시피요. (웃음) 하지만 물론, 이 꼬리는 기능이 없습니다. 이제 움직이는 꼬리도 보시겠습니다.

다시 이 연구에 착수했을 때, 옛날 나단이 테드에서 했던 훌륭한 강의가 생각났습니다. 움직이는 꼬리에 대해 얘기했지요.

비디오: 미어볼드는 채찍 같은 꼬리를 가진 공룡이 사실은 싸움이 아닌, 사랑에 관심이 있었다고 생각합니다.

로버트 풀: 미어볼드는 의사소통을 목적으로 휘두르는 꼬리에 대해 이야기했습니다. 방어 목적으로도 사용할 수 있었습니다. 매우 강력하죠. 우리는 다시 원점으로 돌아가 동물을 연구했습니다. 수면을 향해 달리게 했지요. 하지만 이번에는 미끌미끌한 것을 덧대었습니다. 이 노란색 보이시죠. 오른쪽을 보시면, 도마뱀이 미끄러질 때 꼬리가 어떻게 되는지 보십시오. 10배속으로 느린 화면입니다. 이것이 정상 속도입니다. 이제 미끄러질 때 꼬리의 모습을 보십시오. 꼬리가 마치 다섯 번째 다리처럼 기능하고 있습니다. 그리고 균형에도 도움을 주지요. 아주 많이 미끄러지게 했을 때의 모습입니다. 대단하죠. 기술자들의 발상은 실로 훌륭했습니다.

그런 다음 당연히 궁금해졌습니다. 그래, 도마뱀에 움직이는 꼬리가 있어. 그림을 그려보자구. 벽이나 나무를 타고 올라가고 있다고 치자. 꼭대기에 올라갔을 때 이를테면 나뭇잎 같은 것이 있는 거지. 잎의 뒷면을 타고 올라간다면, 혹은 바람이 좀 분다면, 흔들리면 무슨 일이 벌어질까? 그래서 우리는 실험을 해보았습니다. 여기 보시는 대로요. (박수) 그래서 이런 점을 알아냈습니다. 이것은 실시간입니다. 아무 것도 안 보이죠. 속도를 늦췄습니다.

우리는 세계에서 가장 빠른 공중 반응을 발견했습니다. 물리학을 기억하는 분이 계시다면, 각운동량은 0도입니다. 고양이처럼요. 그러니까, 고양이가 떨어질 때 이렇게 하죠. 몸통을 뒤틉니다. 하지만 도마뱀은 고양이보다 낫습니다. 꼬리를 쓰죠. 빙글빙글 돌 때 이 움직이는 꼬리를 씁니다. 그리고 언제나 슈퍼맨이 하늘에서 떨어지는 것 같은 자세로 착지합니다. 이제 우리 생각이 맞았다면, 이를테면 로봇 같은 물리적 모형에 이것을 실험할 수 있어야 하는 것이죠.

그래서 테드 강의를 위해 실제로 로봇을 만들어봤습니다. 저기 있는데요, 꼬리가 달린 원형 타입입니다. 그리고 이제 꼬리가 달린 로봇으로 최초의 공중 반응 실험을 해보겠습니다. 좀 밝게 하면 좋겠는데요. 좋습니다, 시작합니다. 비디오를 보여주세요. 보이시죠. 바로 도마뱀 꼬리처럼 움직입니다. 그러니까 균형을 잡으려면 꼬리를 흔들기만 하면 되는 겁니다. (박수)

도마뱀에는 활공 구조가 없기 때문에, 놀라운 것이 당연합니다. 그래서 이렇게 생각한 겁니다. 자. 도마뱀을 수직형 풍동에 넣을 겁니다. 이쪽으로 바람을 불게 하고, 합성 유리 입구 밖에 나무줄기를 놓아 도착지점을 주겠습니다. 그리고 무슨 일이 일어나는지 봅시다. (웃음) 그러니까 이렇게 됐습니다. 바람이 바닥에서 나오고 있습니다. 10배속으로 느리게 한 화면입니다. 평형 활공을 합니다. 아주 조절을 잘 하면서요. 놀라울 정도입니다. 사진을 찍어보면 매우 아름답습니다. 공중에 떠 있을 때 더 능숙하게 미끄러집니다. 이렇게 꼬리를 사용해서 왼쪽으로 흔들고, 오른쪽으로 흔들고 하는 겁니다. 이런 방법으로 움직일 수 있습니다. 그리고 - 몇 번을 촬영하고서야 눈으로 본 것을 믿을 수 있었는데요. - 이렇게도 합니다. 보세요. 꼬리를 돌고래처럼 위아래로 흔듭니다. 실제로는 공중에서 수영할 수 있습니다. 헌데 앞발을 보십시오. 앞발 보이십니까? 이 파닥거리는 비행의 기원이 뭐라고 생각하십니까? 아마 나무에서 기어 내려올 때 활공을 조절하려는 동작에서 진화했을 것입니다. 채널 고정하십시오. (웃음)

이제 “이것을 가지고 실제로 동작이 가능할까?”라는 것이 궁금해집니다. 착륙지점이 있습니다. 도마뱀이 가진 능력으로 급경사를 올라갈 수 있을까요? 풍동에 넣었습니다. 분명히 보이시죠. 위에서 떨어질 때보다 더 나은 것을 볼 수 있습니다. 도마뱀을 보십시오. 바로 착륙지점을 향해 움직입니다. 움직일 때 꼬리 휘두르는 것을 보세요. 저렇게요. 믿을 수 없습니다.

이제는 정말로 혼란스웠습니다. 활공에 대한 보고는 없기 때문이죠. 그래서 계속했습니다. “세상에, 이 분야를 연구해야겠어, 그래서 실제로 그런지 알아봐야겠군.” 당연히 자연을 찍은 영상에서 보던 것과는 정반대의 모습이었습니다. “자연에서도 실제로 그렇게 활공할까?” 우리는 궁금했습니다. 싱가포르와 동남아시아 밀림으로 갔습니다. 여러분이 보시게 될 다음 비디오는 처음으로 공개하는 것입니다.

이것이 도마뱀의 강하를 찍은, 미공개의 실제 연구 비디오입니다. 빨간색 궤도선이 있습니다. 저기 끝에 있는 도마뱀을 보세요. 나무에 가까이 가서 확대한 것을 봅시다. 내려오는 모습을 봅시다. 저기 내려옵니다. 궤도선 끄트머리에 도마뱀이 있네요. 저기 보이세요? 저기요? 내려오는 것을 봅시다. 이제 위쪽을 보면 내려오는 것이 보입니다. 떨어지는 것 보셨어요? 역시나 실제로 꼬리를 씁니다. 실험실에서 본 것과 똑같이요.

이제 도마뱀이 꼬리를 사용한다는 주장을 제시하면서 상리공생 연구를 계속할 수 있습니다. 여기 기능하는 꼬리를 가진 최초의 로봇이 있습니다. 보스턴 다이내믹스에서 만든 것이지요. 결론을 내리자면, 보여드린 것처럼 생명공생주의를 구축하면 응용시 기본적 발견의 속도를 높이게 될 것입니다. 그렇게 하기 위해서는 주요 과목의 교육을 재설계하고, 학제간 교류의 깊이에서 균형을 이루게 해야 합니다. 그리고 다른 학문에 이바지하고, 수혜를 주는 방법을 직접적으로 훈련해야 합니다. 당연히 유기체와 환경을 위한 것이어야 합니다. 즉, 안전, 탐색, 구조, 번영, 관심사가 무엇이든 자연 그대로의 모습을 보존해야 합니다. 그렇지 않으면 이 비밀은 영원히 사라지게 될 것입니다. 우리의 새 신임 대통령 오바마의 메시지에서도 저는 대단히 희망을 가집니다. 감사합니다. (박수)