상어의 나선판 장에서 영감을 얻은 생체 모방 밸브 파이프

(출처: 워싱턴 대학)

상어의 장은 매우 특이한 구조를 지니고 있습니다. 일반적인 동물의 장은 매우 길쭉한 관으로 영양소 흡수율을 높이기 위해 점막 주름과 작은 털 같은 융모를 지니고 있습니다. 하지만 상어의 장은 짧은 대신 내부에 나선판이 있어 음식물이 서서히 한쪽 방향으로 회전하면서 흡수되는 구조를 지니고 있습니다.

2021년 과학자들은 이 나선 판 구조의 창자가 소화된 음식물의 역류도 방지하는 기능을 지니고 있다는 것을 알아냈습니다. 100년 전 니콜라 테슬라가 개발한 테슬라 밸브처럼 움직이는 부분이나 역류를 막는 판막 없이도 한쪽 방향으로만 액체가 흐르도록 할 수 있다는 것입니다.

워싱턴 대학의 박사 후 연구자인 아이도 레빈 (Ido Levin) 워싱턴 대학의 사라 켈러(Sarah Keller) 교수와 알샤킴 넬슨 (Alshakim Nelson) 교수와 함께 3D 프린터를 이용해 상어의 장과 같은 나선판 파이프를 개발했습니다.

(테슬라 밸브의 작동 원리)

연구팀은 여러 각도와 회전 횟수 등을 검증해 테슬라 밸브보다 7배나 빠르게 움직이면서 역류를 막을 수 있는 나선판 밸브가 가능하다는 사실을 알아냈습니다. 더욱이 이 나선판 밸브는 상어의 장처럼 부드럽고 늘어날 수 있게 만들 수 있습니다.

하지만 상어의 장은 폴리머로 만든 3D 프린팅 나선판 파이프보다 100배 더 부드럽고 신축성이 우수합니다. 그런 만큼 앞으로 연구팀은 개선할 부분이 많다고 보고 있습니다. 나선판 파이프는 기계 공학은 물론이고 의학용으로도 유용한 도구가 될 수 있어 앞으로 결과가 주목됩니다.

참고

https://newatlas.com/good-thinking/shark-spiral-valve-one-way-flow-pipes/

https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2406481121

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