자연은 인간이 만들어낸 기술적 해결책들보다 현저히 적은 양의 에너지를 소비하며, 적은 물질로 다양한 구조를 창출해 내는 고효율 최적화 시스템이며, 스스로 정화작용과 선순환을 유지하는 환경 친화적 시스템이다. 이러한 자연에서 영감을 얻어 활용하고 응용하는 기술은 최근 나노-바이오기술의 급속한 발전과 더불어 새롭게 각광받는 융합기술 분야로 부각되고 있다. 나노스케일의 생체물질을 관찰하고 특성을 평가할 수 있는 고성능의 장비가 개발되고, 생체 물질을 분자 단위로 조합하고 합성하는 등의 첨단기술이 발전됨에 따라 자연모사기술도 새로운 전기를 마련하고 있다. 자연 생명체/생태계가 지닌 혁신적인 해결 가능성(Innovation Potentials)을 구현하기 위해서는 자연모사기술 분야에 좀 더 체계적이고 지속적인 관심과 지원을 기울여야 할 것이며, 이를 바탕으로 인류가 당면한 에너지 자원 기후변화 환경 문제 등의 글로벌 이슈를 극복하고 선순환의 개념의 자연모사 에코 기술과 지속가능한 혁신 기술 달성이 가능할 것으로 기대된다.

본고는 자연모사공학에서 출발하여, 자연계에 존재하는 건식 접착 성질을 이용하기 위한 방법으로서 게코도마뱀의 발바닥 섬모 구조를 모사하기 위한 방안들을 설명하고 그 응용분야를 전망한다. 도마뱀의 섬모 구조가 가지는 네 가지 특징들은 고분자 폴리머 재료와 나노 신장 기술, 2단계 UV 자외선 성형 기술, 전자빔 조사 등과 같은 기술을 통해 구조 및 기능의 모사가 가능하고 실제로 제작된 구조는 좋은 접착 특성을 나타냄을 알 수 있었다. 이를 토대로 다양한 섬모 구조에서의 접착 성능을 분석하고 실제 생활에서 바이오 패치로의 응용 가능성을 제시하였다.

지구상에서 가장 오래된 사막인 아프리카 나미브 사막과 칠레 아타카마 사막에서는 이슬을 수집하여 생존하는 딱정벌레와 안개를 수집하는 식물이 서식하고 있다. 폭발적인 인구증가와 과다한 수자원 사용으로 인해 사막화가 가속화되고 있는 현대에 이러한 자연의 지혜를 이용한다면 지속가능한 새로운 수자원을 확보할 수 있을 것이다. 이 글에서는 최근 자연모사기술을 기반으로 공기 중 수분 수집을 시도하는 연구들과 상용화에 힘쓰는 비영리 및 영리 단체들을 소개하고자 한다.

생체모방 경량 나노복합 에코소재기술은 자연계에 존재하는 물질의 구조를 모방하여 저온 저에너지 소모공정을 통하여 고경량 및 고강도를 갖는 나노복합체를 제조하는 친환경 신소재 기술이다. 고효율 저공해 성능에 초점을 맞추어 $CO_2$ 배출 및 지구온난화를 억제하고 웰빙사회에 적합한 차량을 개발하는 것이 현재 전세계 자동차회사들의 주된 관심사이다. 이러한 상황에 생체모방기술은 에너지 환경산업분야의 소재로 응용하는 원천기술로 기대된다. 이 생체모방기술은 자연 친화적 재료를 개발하여 하이브리드/전기 자동차의 내/외장재, 고효율 건축자재, 첨단 항공우주 신소재에도 응용이 가능하다. 최근에 보고된 생체모방 경량 나노 복합 에코소재 기술을 조사하였다.

홍합은 수중 환경에서 다양한 표면에 강하게 붙어서 자라는 수중 생물이며, 이러한 홍합의 특이적인 접착능력은 많은 연구자들에게 관심을 받고 있다. 홍합의 접착력에 관여하는 화학적 작용기를 모방한 폴리도파민/폴리노르에피네프린 표면 개질 기술은 자연의 홍합이 가지는 특성을 그대로 가지고 있어 수용액 상의 조건에서 표면의 성질에 관계없이 거의 모든 표면에 뛰어난 접착력을 나타낸다. 이러한 자연 모방 표면 개질 기술은 다양한 생체/에너지 재료, 신소재 복합 재료 등의 개발에 응용되고 있으며, 다양한 분야에서 활용될 수 있다.

자연은 인류가 상상하는 것보다 훨씬 지혜롭다. 그 지혜로움은 인류가 사는 기반을 제공하고 있으며, 인류에게 많은 가르침을 제공할 수 있다. 여러 가지 자연의 지혜로움 중 가장 주목을 받고 있는 것은 자연에 존재하는 표면이다. 식물의 잎이나 동물의 피부를 이루고 있는 표면은 오랜 시간 외부환경과 상호작용을 하며 최적의 상태로 발전하면서 본연의 기능을 최대화하고 있다. 이 논문에서는 최근까지 밝혀진 자연에 존재하는 표면의 비밀과 이를 우리생활에 도입하기 위한 연구자들의 시도들을 소재하고자 한다.

풍력발전기 동적 시뮬레이션 프로그램 개발을 위해 미국풍력기술연구센터(NWTC)의 프로그램군에 대해 분석하고 이를 소개하였다. 본 편에서는 에어포일 데이터를 생성하는 AirfoilPrep, IEC 61400-1 기준의 극한 조건에 해당하는 허브 높이의 바람 데이터를 생성하는 IECWind, 통계적인 방법에 의해 전 영역에 대한 난류 바람 데이터를 생성하는 TurbSim, 복합재료 블레이드의 구조적 특성치를 계산하는 PreComp, 블레이드와 타워의 모드 형상을 구하는 BModes와 같은 전처리기를 중심으로 설명하였다.

풍력발전기 동적 시뮬레이션 프로그램 개발을 위해 미국풍력기술연구센터(NWTC)의 프로그램군에 대해 분석하고 이를 소개하였다. 본 편에서 다물체 동역학 해석, 발전기, 제어 부분을 해석하는 FAST와 에어포일 데이터, 바람 데이터를 이용하여 공력을 계산하는 AeroDyn에 대해 설명하였고, 각 시간 단계마다 AeroDyn과 FAST 사이에 이루어지는 초기화 및 공력 전달 프로세스에 대해서도 소개하고자 한다.