자연이 먼저 설계했다: 구조물 속 생체모방

엔지니어들이 수십 년 동안 고민해서 만든 최적의 구조를, 자연은 이미 수억 년 전에 만들어놨다.

벌집의 육각형

벌집은 왜 육각형일까? 같은 재료로 가장 넓은 공간을 만들면서 가장 튼튼한 형태가 바로 육각형이기 때문이다. 수학적으로도 증명된 최적의 구조다.

이 원리는 항공기의 샌드위치 패널에 그대로 쓰인다. 허니컴 코어라고 불리는 육각형 구조가 가벼우면서도 강한 판재를 만들어준다.

뼈의 최적화

사람의 뼈는 하중이 많이 걸리는 곳은 밀도가 높고, 적게 걸리는 곳은 가볍다. 불필요한 재료가 없다. 이건 공학에서 위상 최적화(topology optimization)라고 부르는 기법과 본질적으로 같은 원리다.

컴퓨터로 구조물의 최적 형상을 계산하면, 결과가 뼈의 내부 구조와 놀라울 정도로 닮아있는 경우가 많다.

거미줄의 인장 강도

거미줄은 같은 무게의 강철보다 인장 강도가 높다. 게다가 유연하고, 에너지 흡수 능력도 뛰어나다. 이 특성을 모방한 소재 연구가 활발하게 진행되고 있다.

나무의 바람 저항

나무는 바람에 부러지지 않기 위해 줄기의 형태를 최적화한다. 바람이 강한 쪽은 더 두꺼워지고, 뿌리는 하중 방향에 맞게 발달한다. 자연의 적응형 설계다.

배울 점

자연은 시행착오를 수억 년 동안 반복한 결과물이다. 우리가 하는 최적화 연구의 최종 답안지가 이미 자연에 있는 셈이다. 겸손해지는 주제다.