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Jan 17, 2024

오징어 피부는 더 큰 에너지 절약을 위해 새로운 "액체 창"에 영감을 줍니다.

Jennifer Ouellette - 2023년 2월 2일 오후 9:01 UTC 오징어와 다른 여러 두족류는 피부의 독특한 구조 덕분에 피부 색상을 빠르게 바꿀 수 있습니다. University of University의 엔지니어

Jennifer Ouellette - 2023년 2월 2일 오후 9:01 UTC

오징어와 다른 여러 두족류는 피부의 독특한 구조 덕분에 피부 색상을 빠르게 바꿀 수 있습니다. 토론토 대학의 엔지니어들은 오징어로부터 영감을 얻어 창을 통해 전달되는 빛의 파장, 강도 및 분포를 변화시켜 에너지 비용을 크게 절약할 수 있는 "액체 창"의 프로토타입을 만들었습니다. 그들은 국립과학원회보(Proceedings of the National Academy of Sciences)에 발표된 새로운 논문에서 그들의 연구를 설명했습니다.

공동 저자인 Raphael Kay는 “건물은 내부 공간을 가열하고 냉각하고 조명하기 위해 엄청난 양의 에너지를 사용합니다.”라고 말했습니다. "건물에 들어오는 태양 에너지의 양, 유형, 방향을 전략적으로 제어할 수 있다면 히터, 쿨러, 조명에 요구하는 작업량을 대폭 줄일 수 있습니다." Kay는 건물을 "피부", 즉 외부 정면과 창문의 바깥층을 가진 살아있는 유기체로 생각하는 것을 좋아합니다. 그러나 이러한 기능은 대체로 정적이어서 주변 조건 변화에 따라 건물 "시스템"을 최적화할 수 있는 정도가 제한됩니다.

열고 닫을 수 있는 블라인드를 설치하는 것은 조명 및 냉난방 시스템의 부하를 완화하는 조잡한 수단입니다. 전압이 가해질 때 불투명도가 변하는 전기변색 창은 보다 정교한 옵션입니다. 그러나 Kay에 따르면 이러한 시스템은 가격이 비싸고 제조 공정이 복잡하며 불투명도 범위가 제한되어 있습니다. 창유리의 한 부분만 가리고 다른 부분은 가리는 것도 불가능합니다.

그래서 그들은 영감을 얻기 위해 자연을 찾았습니다. 작년에 토론토 엔지니어들은 크릴새우, 게, 틸라피아와 같은 물고기와 같은 해양 절지동물에서 영감을 받은 광유체 세포 배열로 시스템을 구축했습니다. 이 세포는 피부의 색소 과립을 분산 및 수집하여 색상과 음영을 변경할 수 있습니다. 이 프로토타입 셀은 두 개의 투명한 플라스틱 시트 사이에 얇은 미네랄 오일 층으로 구성되었습니다. 세포 중앙에 연결된 관을 통해 색소나 염료가 함유된 물을 약간 주입하면 색이 번성합니다. 블룸의 모양은 유속과 연관되어 있으며 디지털 펌프로 제어할 수 있습니다. 낮은 유속은 원형 꽃을 생성합니다. 더 빠른 유속은 복잡한 분기 패턴을 만듭니다.

오징어 껍질은 반투명하며 빛 흡수를 조절하는 색소포라고 불리는 색소 세포의 바깥층이 특징입니다. 각 크로마토포어는 피부 표면을 덮고 있는 근육 섬유에 부착되어 있으며, 이러한 섬유는 차례로 신경 섬유에 연결됩니다. 전기 펄스로 신경을 자극하여 근육을 수축시키는 것은 간단한 문제입니다. 그리고 근육이 다른 방향으로 당기기 때문에 세포는 색소가 있는 부위와 함께 팽창하여 색이 변합니다. 세포가 수축하면 색소가 있는 부위도 수축됩니다.

크로마토포어 아래에는 별도의 이리도포어 층이 있습니다. 크로마토포어와 달리 이리도포어는 색소 기반이 아니지만 구조적 색상의 한 예입니다. 나비 날개의 결정과 유사하지만 오징어의 이리도포어는 정적이 아니라 동적이라는 점만 다릅니다. 다양한 파장의 빛을 반사하도록 조정할 수 있습니다. 2012년 논문에서는 동적으로 조정 가능한 홍채포의 구조적 색상이 아세틸콜린이라는 신경 전달 물질과 연결되어 있다고 제안했습니다. 두 층이 함께 작용하여 오징어 껍질의 독특한 광학 특성을 생성합니다.