IT Life

생체모방(Biomimicry), ICT(정보통신기술)를 만나다! - 인간과 자연이 조화를 이루는 스마트한 건축과 도시 -

2014.09.15 10:37

 


안녕하세요? LG CNS 대학생 기자단 김기섭입니다. LG CNS 대학생 기자단 2기 활동을 하며 저는 ICT(정보통신기술)와 사회 현상들이 어떻게 맞닿아 있는지 이야기하기 위해 노력해 왔습니다. 21세기를 이끌어가는 기술인 ICT가 지구 환경에 긍정적인 영향을 미친다는 것은 다양한 사례를 통해 확인할 수 있었는데요. 오늘은 미래의 도시와 건축이 ICT를 만나면 어떻게 달라지는지 함께 살펴보는 시간을 가져보겠습니다. 

 

사람들은 흔히 현대 문명과 자연은 정 반대의 개념이라고 생각합니다. 아무래도 현대 문명을 대표하는 것은 대도시이고, 도시는 환경에 반하는 방향으로 발전해온 것은 부인할 수 없는 현실이기 때문이겠죠. 도시를 채우고 있는 자동차와 화석연료를 기반으로 하는 문명의 결과물들은 다양한 환경문제를 발생시켜 왔는데요. 이제는 더 이상 방관할 수 없는 상태가 된 환경 문제와 함께 도시는 이를 해결할 수 있는 방안을 고민하기 시작했습니다. 


이러한 도시 속 환경 문제의 해결 방안으로 공학계는 ‘생체모방(Biomimicry)’이라는 개념을 제시하고 있습니다. 생체모방은 ‘자연의 생체구조나 원리를 모방해 사물을 창조하는 것’을 말합니다. 그런데 왜 인간은 자신들이 창조한 규격화되고 아름다운 디자인에게 벗어나 자연의 방식으로 되돌리려고 하는 것일까요? 바로, 자연의 제시하는 ‘효율성’ 때문입니다.



그리고 자연이 가지고 있는 메커니즘은 어느 무엇보다도 지속적입니다. 즉, 어떠한 외부의 힘이 가해지지 않더라도 자연 그대로의 모습을 유지하는 순환 사이클이 존재하는 것입니다. 


반면, 인간이 만들어낸 문명은 그렇지 못하죠. 자연에서 만들어진 자원을 활용해 만들어지는 인간의 창조물은 수많은 폐기물을 만들어내고, 이는 다시 자연을 파괴합니다. 지금까지 인간이 만들어낸 시스템에는 자연이 가진 순환 사이클이 없는 것입니다. 자연이 이와 같은 순환 사이클을 가지는 이유는 자연 속에 이를 가능케 하는 다양한 요소들이 있기 때문입니다. 자연이 구축하고 있는 물리적 외관과 스스로를 구성하는 과학적 메커니즘, 이들 사이의 관계를 이루는 시스템 원리 등이 모두 이에 해당합니다. 


생체모방은 자연 속에 내제된 다양한 순환 시스템의 원리를 분석해서 도시와 산업 구조에 적용하기 위한 방법론입니다. 자연을 파괴하는 문명이 아닌 지속 가능하고 공존하는 문명을 만들어 가기 위한 것이죠. 실제로 생체모방 개념 적용은 도시와 자연이 만들어낸 간극을 좁히고, 이어나갈 수 있는 대안으로 주목 받고 있습니다.

 

대부분의 기술은 효율성을 높이기 위해 노력합니다. 자연이 놀라운 이유는 앞서 말씀드린 것처럼 에너지 사용의 효율성이 높은데도 불구하고 지속 가능한 사이클을 유지한다는 것입니다. 생체모방 원리가 적용된 제품은 이러한 자연의 원리를 제품이나 시스템에 적용하는 것입니다. 실제 사례들을 살펴보면 생체모방이 생각보다 쉽고 친숙한 개념임을 바로 알 수 있습니다. 


사진 속 기차의 앞 부분은 새의 날카로운 부리 모양을 본떠서 만들었습니다. 새의 이러한 부리 모양은 공기 저항을 효율적으로 줄일 수 있는 형태이기 때문이죠. 새의 부리를 닮은 교통수단은 에너지 소모를 줄이고, 효율적으로 운행될 수 있는데요. 이 외에도 생체모방은 우리 도시 속 곳곳에 적용되어 친환경 도시를 만들어가는 데 일조하고 있습니다.


아래의 블로그 글에는 보다 다양한 사례들이 소개되고 있으니, 참고하시면 좋습니다.


● 한양대학교 김주형 교수의

재난재해 대응과 에너지 대책, 생체모방(biomimicry)에게 길을 묻다! :  http://blog.lgcns.com/532

 

앞서 언급했듯이, 생체모방 기술은 도시와 이를 구성하는 건축물들에 적용할 수 있습니다.  그 적용 분야는 건축물의 소재, 설계 및 평가, 생산과 이후의 건축, 도시 사이의 네트워크 등 실로 다양합니다. 그러면, 건축물 소재에 생체모방이 적용하면 어떤 것들이 탄생할까요?  


대표적인 예가 생체 피부 구조를 본뜬 '건물 외피 소재', 변온 동물의 피부에서 착안해 상 변화 물질을 활용한 '열 성능 조절 소재' 등입니다. 이 밖에도 광합성, 신진대사, 반사작용 등 생체모방 연구 분야들은 건축물이나 도시에 다양하게 활용되고 있는데요. 동식물들이 생명을 효율적으로 유지할 수 있는 과학적 원리와 구조는 인간 환경에 적용되어 많은 도움을 주고 있습니다. 그뿐만이 아닙니다. 개미의 군집과 같이 특정 개체가 네트워크를 구성하는 형태에서 도시 네트워크를 구성하는 아이디어를 얻고 있습니다. 자연 속 개체의 모습을 연구하여 지속 가능한 형태의 네트워크의 방향성을 찾아가는 것입니다. 


<Artificial Trees(Zimmer, 2011): 나무의 모양을 본떠 나노 크기의 잎을 만들고,

열전, 압전, 광전 소자 등을 부착하여 거리로부터 에너지를 수집해 전기를 생산>


최근에는 도시 내의 에너지 문제를 위해서도 생체모방 네트워크 기술을 도입하고 있습니다. 바로, '에너지 하베스팅(energy harvesting)'인데요. 일상생활에서 버려지거나 소모되는 에너지를 모아서 전력으로 재활용하는 방안입니다. 또한 광합성 절차와 같은 효율적인 시스템을 만드는 일이, 생체모방 건축 도시 연구 분야에서 수행되고 있다고 합니다.

 

도시 환경을 개선하고 보다 자연과 공존하는 인간이 되기 위한 생체모방 기술은 크게 세 가지로 분류할 수 있습니다. 이 세 가지 방식은 인간 기술의 규모에 따라 다르게 적용되고 있는데요. 


우리는 새라는 개체가 자연 속에서 살아가는 모습을 통해서 이 방식을 충분히 이해할 수 있습니다. 예를 들어, 새가 하늘을 효율적으로 날 수 있는 것은 깃털로 된 새의 외형 때문인데요. 공기 저항을 줄이는 유연하고 가벼운 깃털의 모양을 모방해 자동차나 기차 등 교통수단의 저항을 줄일 수 있습니다. 이것이 바로 자연의 모양을 모방하는 방식입니다. 


또한, 새가 고공에서 장시간 비행을 할 때는 높은 압력과 온도, 독성 물질에 노출될 위험이 높아지는데요. 이러한 환경 속에서 새들은 신진대사를 유지하며 살아갑니다. 새의 생존 메커니즘은 도시 건축물에 적용될 수 있는데요. 이것은 자연의 프로세스를 모방하는 방식입니다. 


새의 형태나 신진대사뿐 아니라 자연 생태계 자체를 본뜰 수도 있습니다. 자연 생태계가 구성되는 방식을 축소해서 보면, 깃털은 새를 구성하고, 새 개체 하나하나가 숲을 구성합니다. 물론, 숲에는 새만 있는 것이 아니라 다양한 동, 식물군이 확장되어 구성되어 있겠죠. 이는 인간이 살아가는 환경에서도 마찬가지입니다. 각각의 건축물이 모이고, 점진적으로 확장되어 도시를 형성하는 것입니다. 그래서 자연의 각 단계와 대응되는 도시 구성의 단계를 연결하여, 자연의 방식을 적용하는 것입니다. 이것이 생체모방의 마지막 단계인 자연 생태계 모방입니다.



하지만, 자연을 단순히 모방하는 데서 그친다면 생체모방 건축의 본래 취지를 완성했다고 볼 수 없습니다. 자연과 같은 메커니즘을 유지할 수 있는 시스템을 통해 환경을 구축해야 완전한 형태가 가능하죠. 이러한 일을 담당하는 것이 바로 ICT의 영역입니다. 즉, 스마트한 도시 생태계(eco-system) 완성을 위해 ICT가 생체모방 건축에 접목되고 있는 것인데요. 실제로 학계에서는 생물군의 행동 원리를 모델링하여 최적화된 정보 처리를 수행하는 연구가 한창 진행되고 있습니다. 


예를 들어, 개미들이 먹이를 나르는 효율적인 행동 원리는 통신과 물류기술에 응용되고 있습니다. 일본의 동경대학교에서 진행하는 ‘트론(TRON) 프로젝트’는 유비쿼터스를 기반으로 하는 사회를 예측하고, 이를 구축할 수 있는 환경을 만들기 위해 노력하고 있습니다. 이 역시 ICT를 기반으로 지능형 빌딩과 도시를 구축하는 생체모방 기술이라 할 수 있습니다.


생체모방을 도시환경에 적용하는 것은 장기적으로 인간을 위한 환경을 만들기 위한 노력의 결과물입니다. 재미있는 것은 지금까지 자연을 이용해서 개발만을 추구해온 문명이 다시 자연을 닮으려는 노력한다는 것이죠. 돌이켜 생각해보면, 인류의 문명은 반복과 모방을 통해 발전해 왔다고도 할 수 있습니다. 원시의 인간들이 날카로운 동물을 이빨을 모방해 칼이나 창을 만든 것에서도 알 수 있죠. 


지금까지 발전시켜온 인간의 기술에 ICT는 자연의 메커니즘을 적용할 수 있는 가능성을 열어주고 있는 것입니다. 기술은 그 자체로서 완성되는 것이 아닙니다. 인간이 어떤 의도를 가지고 이를 변화시켜가느냐에 따라 그 가능성은 달라지는 것이죠. 이러한 현재의 노력은 자연과 도시가 반대의 개념이 아니라 자연과 조화를 이루는 도시로 만들어줄 것이라 생각합니다.




Posted by IT로 만드는 새로운 미래를 열어갑니다 LG CNS

댓글을 달아 주세요

위로