미국 스탠퍼드대 연구진이 문어처럼 색과 표면 질감을 빠르게 바꾸는 신소재를 개발했다. 이 소재는 물을 흡수하면 수초 만에 표면이 부풀어 오르며 미세한 요철과 색상 패턴을 만들어내는 것이 특징으로, 위장 기술과 로보틱스, 웨어러블 디스플레이, 나노 바이오공학 등 다양한 분야로의 응용 가능성이 제시된다.

7일(현지시간) 스탠퍼드리포트에 따르면, 스탠퍼드대학교 공대 연구팀은 전자빔 리소그래피와 수분 흡수 시 팽창하는 고분자 필름을 결합해, 사람 머리카락보다 미세한 해상도의 질감과 색상 패턴을 구현하는 데 성공했다. 필름은 건조 상태에서는 평평하지만 물이 닿는 즉시 설계된 형태로 솟아오르며, 용매를 사용하면 다시 원래 상태로 되돌릴 수 있어 가역성이 뛰어나다.

해당 내용은 같은날 국제 학술지 '네이처(Nature)'에 게재됐다.

논문 제1저자인 시다르트 도시는 "문어와 갑오징어는 미크론 수준에서 몸의 형태를 바꾸며 시각·촉각적 인상을 동시에 조절한다"며 "이번 기술은 소재의 지형(topography)과 그에 따른 시각적 특성을 같은 해상도에서 동적으로 제어할 수 있게 했다"고 설명했다. 

공동 교신저자인 니컬러스 멜로시 교수는 "이처럼 부드럽고 팽윤 가능한 소재를 나노스케일에서 정밀 패터닝할 수 있는 시스템은 전례가 없다"며 폭넓은 응용 가능성을 강조했다.

연구팀은 전자빔 조사로 고분자 필름의 흡수도를 국부적으로 조절해, 물을 흡수할 때 영역별로 서로 다른 높이와 질감이 나타나도록 설계했다. 

이 과정은 우연한 관찰에서 출발했다. 기존 실험에서 전자현미경으로 관찰한 필름이 이후 다른 색으로 변하는 현상을 확인했고, 이를 계기로 전자빔을 '형태 제어 도구'로 활용할 수 있음을 발견했다고 설명했다.

응용 시연도 다양하다. 연구진은 요세미티 국립공원의 엘 캐피탄 암벽을 나노스케일로 복제해, 물을 더하면 암벽 형상이 표면 위로 떠오르는 모습을 구현했다. 또 빛의 산란을 조절하는 미세 질감을 설계해 광택에서 무광까지 다양한 표면 마감을 만들었으며, 얇은 금속층을 결합해 파브리–페로 공진 구조를 구성함으로써 팽윤 정도에 따라 색상이 바뀌는 효과도 입증했다.

여러 필름을 적층한 장치에서는 색과 질감을 동시에 독립 제어하는 것도 가능했다. 연구진은 향후 컴퓨터 비전과 신경망을 결합해, 주변 배경을 인식하고 팽윤 정도를 자동으로 조절하는 '실시간 위장' 시스템으로 발전시키겠다는 계획이다. 

이 밖에도 미세 질감 변화를 활용한 마찰 제어, 소형 로봇의 주행·부착 성능 향상, 세포 반응을 조절하는 바이오공학 응용, 예술 전시 등으로의 확장이 기대된다.

멜로시 교수는 "연성 소재의 물성을 미크론 단위로 정밀 제어하는 길이 열렸다"며 "시각적 표현을 넘어 기능적 표면을 설계하는 새로운 가능성이 본격적으로 펼쳐질 것"이라고 전망했다.