까마귀과에 속하는 어치(Eurasian jay)는 특이한 광택이 나는 푸른빛 날개를 가진다. 여종석 연세대 인공지능융합대학 IT융합공학과 교수팀은 14일 어치 깃털의 색 변화 원리를 밝혔다. 또 깃털 내부의 나노구조체의 두께에 따라 구조색이 변하는 것을 모방하는 나노공정 기술도 개발했다.
구조색은 색소나 염료 같은 화학 성분에 의해 나타나는 색이 아닌 물체 표면의 미세 구조 때문에 빛이 반사하거나 산란하면서 나타난다. 자연에서 구조색을 띠는 동물은 많지만 구조색을 보이는 원리가 저마다 달라 어치를 포함한 개체의 색 변화 원리는 아직 미지로 남아있었다.
과학자들은 색이 변화하는 원리를 밝히면 색소를 사용하지 않고도 친환경적으로 색을 구현할 수 있는 기술을 개발하는 데 도움이 될 것으로 기대한다. 구조색은 자외선에 노출되면 색소와 달리 색이 바래지 않고 자연광에서도 밝은색을 내기 때문에 일찍부터 반사형 디스플레이나 야외 디스플레이, 색 변이 센서 등에 활용될 수 있을 것으로 기대를 모았다.
연구팀은 구조색 원리를 밝히기 위해 3차원 주사전자현미경으로 어치 깃털 내부의 나노구조체를 관찰했다. 관찰 결과, 단백질의 한 종류인 케라틴으로 이뤄진 나노구조체는 두께가 두꺼울수록 파란색에서 흰색으로 색이 밝아졌다. 이를 통해 연구팀은 어치 깃털의 구조색은 나노구조체의 두께와 비례해 가시광선을 반사하는 파장 영역이 넓어지는 것을 확인했다.
연구팀은 보로노이(Voronoi) 분석법으로 깃털 내 나노구조체가 두꺼울수록 깃털의 깃가지 내 수질 세포(medullary cell)의 수가 많아져 깃가지의 크기가 커진다는 사실도 발견했다. 이에 어치가 구조색을 표현하는 원리를 바탕으로 나노구조체 두께를 조절하며 색을 바꾸는 모방 기술을 개발했다.
해당 연구는 2022년 12월 20일 광학 분야의 세계적인 학술지인 ‘어드밴스드 옵티컬 머티리얼즈(Advanced Optical Materials)’에 게재됐다. 또 지난 2월 20일에는 표지 논문으로도 선정됐다.
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