지문의 역할 규명
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지문의 역할 규명
  • 대학지성 In & Out 기자
  • 승인 2020.12.08 13:37
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- 서울대 박건식 교수팀, 지문의 그립 동작에서의 역할 및 원리 규명

지문은 손가락의 수분을 조절하는 미세 유체역학적인 통로로 초기 수분의 과다에 관계없이 손가락과 손가락이 닿는 표면 사이의 마찰력이 최대가 되게 하는 역할을 한다는 것을 최초로 규명했다.

서울대학교 물리천문학부 박건식 교수 연구팀은 인체의 수화현상을 연구하던 중 고밀도의 땀샘이 존재하는 손가락과 발가락에서 효과적인 그립 동작을 위해 최적의 수화조건을 충족시키도록 유인원의 지문이 진화되었다는 것을 MHz, THz, IR, Visible 파를 이용하여 수분의 이동을 관찰함으로 현상의 원리를 최초로 규명하였다. 영국의 버밍햄대학(Michael Adams교수), 서울대 의과대학(김성완교수), 연세대 의과대학(이민걸교수)와 협력하였다.

이번 연구는 지문이 그립(grip)을 어떻게 향상시키는 가에 대한 근거를 제시한다. 영장류에서 지문이 진화한 이유와 그립을 돕는 지문의 역할은 이제까지 잘 이해되지 않았었다. 손가락과 발가락의 끝은 평평한 피부보다 땀샘의 밀도가 훨씬 더 높으며 지문 융기(fingerprint ridge) 아래의 땀샘은 온도 변화보다 감정 상태와 불안에 반응하여 지문 융기가 수분과 상호 작용하여 피부와 그립 표면 사이의 마찰을 조절하게 된다. 

박건식 교수 연구팀은 다양한 분광 및 단층 이미징 기술을 사용하여 유리 표면과 접촉하는 손가락 끝의 수분 거동을 특성화했다. 초기에 건조한 손가락 끝의 경우 땀 분비로 인해 피부가 가소화(plasticization)되고 마찰이 증가하여 지문 융기와 표면이 충분히 밀착되어 땀샘이 효과적으로 차단된다. 반면 초기에 젖은 손가락 끝의 경우 지문 고랑(furrow)은 모세관 증발을 통해 과도한 수분의 제거가 용이해지게 된다. 따라서 손가락 끝이 처음에 젖었는지 건조되었는지에 관계없이 손가락 끝의 수분량은 항상 손가락과 유리 사이의 최대 마찰에 해당하는 동일한 값을 가지게 된다. 

햅틱 피드백과 터치 스크린, 로봇 및 보철 응용 분야를 위한 인공 손들에 대한 수요로 인해 특히 매끄러운 표면에 대한 인간 손가락 패드의 마찰에 대한 관심이 다시 떠오르고 있다. 그렇지만 그립 이벤트에서의 지문 융기의 역할에 대해서는 오랫동안 풀리지 않은 질문이었다. 그립은 우리와 다른 영장류 활동의 중심에 있다. 스포츠 장비 사용, 채집 목적의 나무 등반과 과일을 먹는 것과 같은 물체의 정밀 조작 등이 예이다.

이번 연구의 기본 메커니즘에 대한 이해는 손가락 패드(pad)가 닿게 되는 편평한 스크린(flat screen)등 거의 모든 접촉(ubiquitous contact)의 응용에 중요하며 특히 개선된 촉각 센서와 햅틱(haptic) 피드백 시스템의 개발에 도움이 될 수 있다. 로봇이나 인공 손 등에도 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

 


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