부끄럽지만 저는 초보운전 입니다. 하지만 최근엔 매일 매일 운전을 하고 있는데 매일 매일이 아찔한 하루 하루 입니다. 가뜩이나 오늘따라 비가 와서 어떻게 운전을 해야할지 고민이 되는데 초보라서 와이퍼를 켜는 것도 헷갈려서 꽤나 애를 먹었습니다. 이 와중에 와이퍼는 '끼기긱' 소리를 내며 움직여서 더욱 더 두려움을 더했습니다. 감사하게도 오늘의 운전을 안전하게 마쳤습니다.
끼긱 소리는 나긴 하고 비가 내리고 있어 시야가 흐려져도 '와이퍼'가 없다면 결국 오늘 운전은 굉장히 위험했겠죠. 그렇다면 조금 궁금한 점이 생겼습니다. 우주에 비는 내리진 않지만 물방울이 닿거나 서리가 낄 확률은 있을텐데 그럴 땐 창문을 어떻게 닦을까요?
또한 비 오는 날 운전을 하면 길이 미끄러워서 브레이크를 밟아도 더 많이 나가던데 이러한 처리는 과연 우주선에 잘 되어있을지, 또 이러한 기술이 우주에서 온 것인지에 대한 궁금증이 생겼습니다.
우주선과 전투기는 와이퍼가 없다?
1. 나노 기술의 정점: 초소수성 코팅(Super-hydrophobic Coating)의 원리
자동차 와이퍼는 고무 날의 마찰력을 이용해 물리적으로 물을 밀어내지만, 초고속으로 비행하는 전투기나 우주 탐사 기기들은 공기 저항과 마찰열 때문에 물리적 와이퍼를 사용할 수 없습니다. 물리적 와이퍼를 사용할 수 없기 때문에 NASA는 또 새로운 기술을 발명해주었습니다. 바로 '초소수성 코팅' 기술입니다.
이 기술은 '접촉각(Contact Angle)'이 핵심입니다. 일반적인 유리 위에서는 물방울이 넓게 퍼지며 시야를 가리지만, 초소수성 코팅을 사용해 나노 구조로 표면을 처리하면 물방울이 표면과 닿는 면적을 최소화합니다. 이를 통해 150도 이상의 접촉각을 유지할 수 있게 됩니다. 그렇게 되면 물방울은 유리 표면에 스며들지 못하고 완벽한 구형을 유지하며 아주 작은 공기 흐름이나 진동만으로도 구슬처럼 굴러떨어지게 됩니다. 이는 자연계의 연꽃잎 효과(Lotus Effect)'를 생체 모방 기술(Biomimetics)로 구현한 현대 과학의 정수입니다. 자연을 모티브로 한 과학 기술이 많은 것 또한 멋지게 느껴집니다.
2. 수막현상(Hydroplaning)을 억제하는 NASA의 '그루빙(Grooving)' 기술
빗길에 즉 차가 미끄러지는 현상을 '수막현상'이라고 합니다. 타이어와 노면 사이에 물 층이 형성되어 자동차가 물 위에 떠 있는 상태가 되는 것인데 이때 조향 능력이 완전히 상실되어 미끄러지는 것입니다.
그래서 NASA는 우주선이 젖은 활주로에 착륙할 때 발생하는 이 치명적인 사고를 막기 위해 '노면 홈 파기(Safety Grooving)' 기술을 고안했습니다. 활주로 바닥에 미세한 가로 홈을 파서 물이 빠져나갈 길을 만들어주는 이 기술은 현재 전 세계 고속도로와 사고 다발 구간에 적용되어 있습니다. 역시 또 우리 생활에서 NASA가 도움을 준 모습입니다. 저의 오늘 운전길조차 NASA덕에 안전할 수 있었습니다. 오늘 제가 비 오는 날 커브 길에서 보는 도로의 세로 홈들 또한 사실 우주 비행사들의 안전을 위해 개발된 항공우주 기술 덕분이였군요.
3. 미래의 와이퍼: 초음파 진동과 플라즈마 실드(Plasma Shield)
최근 항공우주 분야에서는 한 단계 더 나아가 와이퍼 없이 시야를 확보하는 차세대 기술을 연구 중이라고 합니다.
- 초음파 진동 기술: 유리 내부에 미세한 초음파 진동을 일으켜 물방울뿐만 아니라 먼지, 곤충 사체까지 튕겨내는 방식입니다. 가끔 운전하다보면 벌레들이 유리창에서 인사를 하는 경우가 있던데 자동차에 생긴다면 좋은 기능일 것 같습니다. 특히 제가 사는 곳이 러브버그가 많기로 소문난 지역이라 여름이 오면 어떻게 해야할지 고민이 많이 됐거든요. 초음파 진동 기술이 자동차 유리에 적용된다면, 여름철 골칫덩이인 러브버그 사체가 유리에 달라붙기 전에 튕겨 나갈 테니 세차 고민도 훨씬 줄어들 것 같아 기대가 큽니다.
- 플라즈마 실드(Plasma Shield): 고전압을 이용해 유리 표면에 얇은 플라즈마 층을 형성함으로써 빗방울이 유리에 닿기도 전에 분산시키는 기술입니다. 과연 이렇게 하면 와이퍼의 끼긱 소리 없이, 물방울이 닿을새도 없이 날아가서 운전이 훨씬 편할까 궁금합니다. 무엇보다 사이드미러에 적용되면 너무 좋을 것 같습니다.
이러한 기술들은 향후 자율주행 자동차의 센서(LiDAR, 카메라) 보호를 위한 필수 기술로 사용되려는 움직임이 있다고 합니다. 저희집에 보유하고 있는 전기차를 타면 직진 도로에서 사용하는 것만 해도 자율 주행이 편하던데 많은 기술이 오픈 된 해외에선 얼마나 편할지 부럽기도 합니다. 자율 주행 자동차에 관해서도 다음에 한 번 다루어보고 싶습니다. 그래서 우리가 더 이상 빗길 운전이 아닌 운전 자체를 무서워하지 않아도 되는 시대가 다가오면 좋겠다는 생각도 드네요.
결국 우리가 오늘 안전하게 귀가할 수 있었던 건, 와이퍼라는 고전적 발명품과 NASA가 발전시킨 표면 제어 기술 덕분입니다. 운전하기 전에 비오는 날은 비오는 풍경을 바라보며 차를 기울이던 날이였는데 오늘은 그저 안전한 운전길을 보장해준 과학기술에게 감사함을 느끼는 날입니다. 비오는 날의 고민에서 시작된 고민이 완벽한 자율 주행 자동차를 바라는 소망으로 끝맺음 하네요. 오늘도 과학을 발전 시켜주시는 과학자분들께 항상 감사합니다.