당시 액체로봇이 보여준 가공할 복원 능력에 관객들은 공포에 떨면서도 현실이 아닌 공상과학 영화에서나 가능한 장면이라는 점 때문에 안도의 한숨을 내쉬었다. 그렇지만, 최근 들어 T-1000과 같이 놀라운 복원력을 실제로 보여주는 소재가 개발돼 이목이 집중되고 있다.


자가치유 능력이 탁월한 폴리머

과학전문 매체인 사이언스맥(sciencemag)은 최근 온라인 판을 통해 스페인의 과학자들이 터미네이터 영화에 등장하는 액체로봇의 소재를 연상시킬 만한 신물질을 개발했다고 보도했다. 일종의 중합체(polymer)인 이 고분자 화합물은 그대로 놔두기만 해도 97%의 복원력을 보이는 자가치유 능력이 탁월한 폴리머라는 것.
사이언스맥의 보도에 따르면, 이 폴리머는 접착제 등 외부의 도움 없이도 스스로 손상된 부분을 회복할 수 있는 것으로 나타났다. 이에 따라 앞으로 가정이나 자동차 등 일상적으로 사용되는 플라스틱 소재의 수명에 일대 전환기를 가져 올 수 있을 것으로 이 매체는 전망했다.
자가치유성 폴리머(self-healing polymer)란 말 그대로 잘라지거나 찢어져도 저절로 원래의 상태로 복원되는 폴리머를 뜻한다. 즉, 열을 가하거나 빛을 비출 때 다시 예전 상태로 돌아오거나 심지어는 잘라진 부분을 마주 대기만 해도 잘라졌던 부분이 다시 달라붙는 고분자 화합물들을 의미한다.
이 같은 결과에 대해 전기화학기술센터의 한 관계자는 “이번에 새롭게 개발된 신소재는 화학적 성분과 기계적 성질이 비슷한 우레아 우레탄(urea urethane) 같은 고분자 화합물이 이미 널리 상용화되어 있기 때문에, 새로이 개발된 신소재가 실제 산업 분야에 빠른 시일 내에 쉽게 적용될 수 있다는 점이 매력적”이라고 설명했다.
이번 연구의 주요 책임자로 참가하고 있는 로베르토 마틴(Roberto Martin) 박사도 “이 신물질은 특별히 열이나 빛같은 외부의 영향없이도 실온에서 놀라운 자가 복원의 능력을 발휘한다”며 “우리는 이런 특성을 가진 폴리머에게 ‘터미네이터(Terminator)’라는 재미있는 이름까지 붙였다”고 밝혔다.


인공피부의 가능성을 제시한 자가치유성 폴리머



물질 또는 구조물 내의 손상을 억제하는 방법으로 ‘자가복원 고분자(self-healing polymer)’라는 개념이 선보인 이후 마이크로 전자소자 기판에서부터 도료용 페인트나 코팅재, 그리고 밀봉재 및 바이오 소자 등에 이르기까지 매우 다양한 분야에서 활용방안이 시도되고 있다. 이는 자가복원 고분자의 응용 분야가 상당히 넓고 파급효과 또한 크기 때문이다.
특히 최근에는 자가치유 폴리머가 의료 분야에 활발히 적용되고 있다. 얼마 전 미 스탠퍼드대 화학공학과의 제난 바오(Zhenan Bao) 박사가 이끄는 연구진은 ‘표피전자공학(epidermal electronics)’을 이용한 자가치유성 폴리머를 개발하여 인공피부의 가능성을 제시한 바 있다.
표피전자공학이란 몸에 착용할 수 있는 심장박동 모니터링 시스템처럼 인간의 피부에 부착할 수 있을 만큼 얇고 신축성이 뛰어난 전자회로를 만들거나, 의수나 의족 등을 제작할 때 피부를 방불케 하는 촉감을 부여하는 재료를 개발하는 것을 목표로 하는 학문분야를 말한다.
표피전자공학이 등장한 것은 상당히 오래 전의 일이다. 그러나 획기적인 개념에도 불구하고 표피의 소재 후보로 여겨졌던 실리콘이 탄성 부족문제로 인해 적합하지 못한 것으로 판명나면서 그동안 답보상태에 머물러 있었다. 반면에 대안으로 떠올랐던 기존의 자가치유성 폴리머들도 전기전도성이 너무 낮아 전기센서로 사용되기에는 무리가 있었다.
스탠퍼드대 연구진은 새로 개발한 ‘나노 구조의 니켈을 장착한 폴리머’가 반복적인 파손과 수선을 거듭한 후에도 원상을 회복할 수 있다는 것을 입증하기 위해, 메스를 이용하여 폴리머를 완전히 절단하였다. 그리고는 잘라진 모서리들을 마주대고 살며시 누른 후 15초가 흐르자 폴리머는 본래의 전기전도성을 98%나 회복하는 것으로 나타났다.
또한 10분이 지나자 폴리머는 본래의 물리적 특성까지도 완전히 회복했다. 이후에도 현구진이 여러 번에 걸쳐 폴리머를 자르고 다시 이어 붙여도 원래의 물리적 특성을 그대로 유지하는 것으로 나타났다
이 같은 연구결과에 대해 고분자 화학분야의 권위자이자 더블린 트리니티 칼리지 산하 나노과학연구소의 연구책임자인 존 볼랜드(John Boland) 박사는 획기적인 발명이라고 찬사를 보내면서도 “메스를 이용하여 폴리머를 절단하는 방법은 물리적 성질을 거의 손상시키지 않을 가능성이 높기 때문에, 만일 메스보다 둔탁한 다른 물체로 폴리머를 잘라 커다란 상처를 남긴다면 완벽한 자가치유가 불가능할 수도 있을 것”이라고 의문을 제기했다.
한편 연구진은 자가치유성 폴리머를 인간의 피부에 좀더 가깝게 만드는 작업을 진행하고 있다. 이에 대해 바오 박사는 “인간의 피부와 동일한 인공 피부를 만들려면 신축성(flexible)과 전성(stretchable)을 모두 갖추어야 하는데, 우리가 만든 폴리머는 신축성이 뛰어나지만 전성은 부족하다”며 “우리의 궁극적 목표는 인간의 피부를 방불케 하는 차세대 자가치유성 피부를 만드는 것”이라고 밝혔다.