스킵네비게이션

민들레 씨앗은 쾌청하고 솔솔 바람이 잘 부는 날엔 심지어 몇 킬로미터까지도 날아가는 특별한 비행 비법을 지니고 있다. 이런 비행 비법은 씨앗을 매단 갓 모양 털들 주변의 독특한 소용돌이 덕분이라는 연구결과가 나왔다. 민들레 씨앗은 단풍나무 씨앗처럼 날개 구조를 지니지 않으면서도 멀리 안정적으로 날아가, 그 비행 비법이 연구자들의 관심 대상이 되어왔다.

영국 에든버러대학의 유체역학 연구진은 민들레 씨앗에 붙은 갓 또는 우산이나 낙하산 모양의 머리 부분에 있는 90~110개 가닥의 강모(갓털/관모, pappus) 사이 빈 공간을 지나는 공기 흐름이 만들어내는 소용돌이 덕분에 씨가 쉽게 낙하하지 않은 채 안정적인 비행을 할 수 있다는 것을 밝혀냈다며 그 결과를 과학저널 <네이처>에 발표했다.

논문과 <네이처> 뉴스 보도를 보면, 공기 흐름이 갓털들 사이를 통과해 지나면서 갓털 아래쪽과 위쪽 간에는 압력 차이가 생기고, 그로 인해 갓털 위쪽엔 고리 모양의 작은 소용돌이가 안정적으로 생성되어, 민들레 씨앗이 바닥으로 떨어지는 것을 늦춰주는 항력의 증강 효과를 내는 것으로 나타났다.

연구진은 눈에 보이지 않은 공기 흐름을 어떻게 관찰했을까? 그 방법은 연구진이 만든 특별한 실험관측 장치에 있었다. 연구진은 먼저 수직 방향으로 바람을 일으키는 작은 풍동을 마련하고서 민들레 씨앗을 일정한 높이에 떠 있도록 했다. 눈에 보이지 않는 공기의 흐름을 시각화 하기 위해선, 공기 흐름에 따라 이리저리 떠다니는 미세입자들을 허공에 뿌려 떠다니게 했다. 그러고서 레이저를 이용해 떠다니는 미세입자들을 비추어 공기 흐름을 눈으로 볼 수 있게 했다. 미세입자들이 보여주는 역동적인 공기 흐름은 고속촬영 카메라에 담았다.

이렇게 관찰해 보니, 민들레 씨앗의 비행에서 핵심적인 역할을 하는 것은 갓 모양을 이룬 털(갓털)들 덕분이라는 게 밝혀졌다고 연구진은 보고했다. 연구결과를 보면, 막으로 공기 흐름을 막는 낙하산과 달리 민들레 씨앗은 갓털들 사이로 공기가 숭숭 지나갈 수 있는 구조를 지니지만, 90~110개 정도의 갓털들은 공기가 그 사이를 지날 때 갓털 위쪽과 아래쪽에 압력차를 만드는 효과를 냈다. 이런 압력차로 인해 갓털 위쪽에 고리 형태의 소용돌이 흐름이 만들어졌다. 이런 소용돌이는 안정적으로 유지되어 민들레 씨앗의 낙하를 막아주는 항력으로 작용했다.

그런데 그 소용돌이가 독특했다. 보통 곤충이나 새가 날개짓을 하며 비행할 때에도 역동적인 소용돌이가 형성되는데 이때에 흔히 소용돌이는 날개와 밀착해 날개짓과 뒤섞여 있게 마련이었다(아래 동영상은 벌새의 날개짓과 소용돌이 형성을 보여준다).

이와는 달리 민들레 씨앗 갓털 위쪽의 소용돌이는 갓털에서 조금 떨어진 채 ‘분리된 소용돌이 고리(separated vortex ring)’ 형태를 이루고 있었다. 또한 그 소용돌이 고리는 안정적으로 유지되었다. 연구진은 이처럼 새롭게 발견된 ‘분리된 소용돌이 고리’는 전에 알지 못했던 새로운 비행의 방식이라고 보고했다.

민들레 씨앗 주변의 소용돌이 생성에서 갓털 간의 간격이 매우 중요한 요인이라는 설명이다. 실제로 연구진은 갓털처럼 공기가 지나갈 수 있는 열린 공간들을 갖춘 원반 구조물을 만들고서, 풍동 실험을 벌여 원반 위쪽에 민들레 씨앗의 경우와 비슷한 소용돌이 고리가 생성되는지를 관찰했다. 이 실험에서는 민들레 갓털의 간격에 따라 지나가는 공기의 양을 가장 비슷하게 구현한 원반에서 소용돌이 고리가 생성된다는 것을 확인했다고 한다.

(다음은 미국 일간 <뉴욕타임스>가 민들레 씨앗 비행법의 연구결과를 전하며 유튜브에 올린 동영상이다.)

연구진은 민들레 씨앗의 비행에 도움을 주는 이런 ‘분리된 소용돌이 고리’는 이전에 주목받지 못한 새로운 발견이라는 점을 강조했다. 연구진은 에든버러대학 보도자료에서 “민들레 씨앗의 비행처럼 자연에 있는 독창적 구조물을 면밀하게 살피다보면 새로운 통찰을 얻곤 한다”면서 “우리는 재료와 에너지의 비용을 최소화 하는 자연의 비행 해법을 발견했으며 이것은 지속가능한 기술의 공학에 응용될 수 있다”고 말했다. 그 위쪽에 소용돌이 고리를 만들면서 날아가는 민들레 씨앗의 방법은 자연에서 진화해온 진귀한 비행법이면서 또한 전력 소모를 최소화 한 소형 드론 같은 비행체에 응용될 수 있는 자연모방공학의 방법이 될 수도 있으리라고 연구진은 기대한다.

오철우 선임기자 cheolwoo@hani.co.kr