개는 인간보다 약 1000배 이상 후각이 민감하다. 개 코에 있는 후각세포의 수가 많고 후각세포에서 냄새를 구별하는 이온 채널의 숫자도 훨씬 많기 때문이다. 개 코를 모방한 ‘인공 코’를 만들어 폭발물을 탐지하고, 암을 진단하며, 유해 가스도 감지할 수 있을까. 극한구조역학연구실은 말랑한 고분자 소재를 이용해 개 코에서 냄새를 감지하는 내부 구조물을 모사한 새로운 구조물을 개발하고 있다.

최근 국내외에서는 코의 후각세포가 냄새를 인지하는 원리를 모사한 센서 개발이 활발하다. 이를 이용해 암세포가 만들어내는 휘발성유기화합물(VOCs)을 감지하고, 인공지능(AI)을 학습시켜 냄새로 암을 진단하는 기술도 개발됐다. 반도체 기판에 3차원(3D) 인공세포를 붙여 마약이나 폭발물을 탐지하는 센서도 나왔다.

극한구조역학연구실은 3D 스캐너로 코 내부 구조를 본뜨고, 이를 설계도 삼아 3D 프린터로 인쇄해 다양한 시험을 하고 있다. 여러 물질이 섞여 있을 때 원하는 물질만 감지해내는 게 목표다. 암과 같은 질병 진단에 먼저 적용할 계획이다.

전통적으로 구조역학은 로켓, 대형 연료탱크, 건축물 등 큰 구조물의 안정성을 연구한다. 크고 무거운 로켓이 지구의 중력을 이기고 우주로 올라가려면 엄청난 추력이 필요하고, 비행 시 진동이 생긴다. 빠른 속도에 큰 압력을 받으면 구조물이 찌그러질 수도 있다. 이 때문에 미국항공우주국(NASA)은 로켓과 탐사선을 쏘아 올린 지난 60여 년간 구조역학 실험을 무수히 진행해왔다. 직접 모형을 만들고 비행 환경을 모사한 공간에서 변형이 얼마나 일어나는지 테스트한다.

이런 방식의 구조역학 연구는 시간이 오래 걸리고 비용도 많이 든다는 단점이 있다. 극한구조역학연구실은 실험실에서 다양한 시험을 할 수 있을 만큼 크기를 줄여 구조물에 극한의 힘이 가해질 때 어떻게 변형되는지 원리를 찾고 이를 응용하는 연구를 진행하고 있다. 연구실은 딱딱한 소재 대신 말랑한 고분자 소재로, 대형 구조물 대신 장난감 같은 작은 시편으로, 실험뿐만 아니라 수학적 모델링 등 시뮬레이션을 병행해 새로운 구조역학 연구를 개척하고 있다.

극한구조역학연구실을 이끄는 기계공학과 이안나 교수는 “기존에는 구조물이 파괴되지 않고 안정성을 유지하는 데 치중했다면, 현재 구조역학 연구는 찌그러지거나 주름지는 현상을 활용해 액추에이터나 센서로 쓴다”고 말했다.