강철보다 강한 거미줄의 무한한 가능성

거미줄은 자연이 만든 가장 강력하고 경이로운 섬유 중 하나로 꼽힌다. 거미줄은 강철보다도 막강한 장력을 자랑하며 그 독특한 구조와 특성은 다양한 산업적 응용 가능성을 제시하며 학계의 주목을 끌고 있다.

비바람에도 끊어지지 않는 거미줄의 비밀

거미줄은 비를 맞거나 시간이 지나도 파괴되지 않으며, 이는 거미줄에 포함된 화학 성분 덕분이다. 파이로리딘은 수분을 흡수해 거미줄의 건조와 탄성 손실을 방지하며, 인산수소칼륨과 질산칼륨은 산성 물질로 세균과 곰팡이 번식을 억제하고 물에 녹는 것을 막는다.

이 화학 성분은 거미줄을 보호하는 동시에 연구자들에게 중요한 연구 대상으로 주목받고 있다. 인공 거미줄이 생산되면 찢어지지 않는 낙하산과 거미줄 케이블 같은 혁신적인 응용이 가능하다. 거미줄 케이블은 가볍고 강하며, 건설 작업을 용이하게 하고 구조물의 안전성을 높이는 데 도움이 될 것으로 예상된다.

강철보다 강한 거미줄, 산업의 미래를 바꾸다

거미줄의 장력은 강철보다 5배 강하며, 네덜란드 트와론(Twaron)이나 듀퐁사의 케블러(Kevlar)와 같은 첨단 합성섬유보다도 질기다. 이는 다양한 산업적 응용 가능성을 열어준다.

2019년에는 일본의 벤처 기업 스파이버(Spiber)가 인공 거미줄을 소재로 한 겨울 외투 ‘문 파카(Moon Parka)’를 개발해 노스페이스와 함께 시장에 선보인 바 있다. 이는 인공 거미줄의 상업화 가능성을 보여주는 사례로 주목받았다. 2022년에는 중국 동화대 연구팀이 유전자 변형 누에를 통해 거미줄 섬유를 생산하는 데 성공했다. 이 섬유는 케블라의 6배 이상의 인성을 구현했으며, 인장 강도도 뛰어나다. 이를 통해 저비용·대규모 생산이 가능해져 수술용 실, 방탄조끼, 의류, 군사·항공우주 분야 등 다양한 응용이 가능해졌다. 국내서는 KAIST 와 서울대학교 연구팀이 대사공학적으로 개량된 대장균을 이용해 초고분자량의 강력한 거미 실크 단백질 생산에 성공한 바 있다.

현수교와 거미줄, 자연과 공학이 만난 구조의 비밀

거미줄과 현수교는 하중 분산, 강도, 유연성에서 놀라운 유사성을 보여준다. 거미줄은 방사형 줄과 나선형 줄로 구성돼, 먹이가 걸릴 때 발생하는 충격과 하중을 균등하게 분산시킨다. 이 원리는 거미줄 전체의 안정성을 유지하는 핵심이다. 현수교 역시 양쪽 탑에 고정된 주 케이블과 이를 연결하는 수직 케이블들이 다리 상판의 무게를 지탱하며, 하중을 효율적으로 분배하는 구조를 갖추고 있다. 거미줄과 현수교는 모두 효율적인 하중 분산을 통해 구조적 안정성을 확보한다.

인공 거미줄이 상용화된다면, 현수교의 강철 케이블을 거미줄 기반 케이블로 대체해 더 가볍고 강한 다리를 건설할 수 있다. 이는 건설 비용 절감과 구조물 안전성 향상에 기여할 것으로 기대된다.

손동민 기자/ hello@sciencewave.kr