'4차 산업혁명'은 2016년 1월 20일 스위스 다보스에서 열린 제46회 '세계경제포럼(World Economy Forum)'에서 처음으로 언급된 개념으로 '3차 산업혁명을 기반으로 한 디지털 기술과 생물학, 물리학 기술 간의 경계가 없어지고 융합되는 기술혁명'을 의미한다. 물리학을 기반으로 하는 중요 기술 분야로 신소재를 비롯한 자율주행자동차, 드론 등 무인운송 수단, 3D 프린팅, 첨단 로봇공학의 네 가지를 들고 있다. 더 가볍고 더 강하며, 재생 가능하고 적용성이 높은 혁신적인 신소재의 등장은 4차 산업혁명에 따른 산업구조, 경제·사회, 노동시장 등 다양한 분야에 영향을 미칠 것으로 예상하고 있다.

사람들의 불편을 해소하고 삶의 질을 개선할 목적으로 하는 신소재 개발 사례는 지속적으로 늘어나고 있다. 최근에 주목을 받는 '생체 모방 기술'이 그 한 예다. '생체 모방 기술'이란 자연계에서 존재하는 생물의 생체적 기능과 메커니즘에서 영감을 얻어 공학적으로 응용하는 기술을 말한다.

거미가 내뿜은 거미줄은 금방 끊어질 듯이 약해 보이지만 사실은 강철보다 20배, 방탄복 소재인 케블라 섬유보다 4배 더 강하다. 예전에는 베일에 싸여 있었던 거미줄의 방사 과정이 하나둘씩 밝혀지기 시작하면서 이를 모방한 신소재가 속속 개발되고 있다. 2008년 영국의 ORTHOX사가 개발한 인공 연골은 거미줄의 튼튼하고 질긴 특성을 그대로 가지고 있으며, 인체에서 면역 거부반응이나 알레르기를 일으키지 않기 때문에 연골 환자들에게 큰 인기를 얻고 있다. 거미줄을 모방한 신소재는 초강력 소재이면서 생체 적합성이 높아 인공 연골 외에도 여러 의료 분야에 적용될 가능성이 높다.

'연잎 효과'를 활용한 신소재 기술은 '생체모방 기술'의 단골 메뉴가 되고 있다. 연잎 표면은 수십 마이크로미터(㎛) 크기의 돌기로 이루어져 있고, 이 돌기는 다시 수백 나노미터(㎚) 크기의 융기로 덮여 있는 독특한 계층적 미세 구조로 인해 물은 퍼지지 않고 잘 굴러서 표면의 먼지와 같은 오염물질도 닦아내는 '초소수성(超疏水性)'을 나타낸다. 현재 방수섬유, 식품 용기, 혈관 삽입용 스텐트 등 다양한 분야에 응용되고 있으며, 앞으로 내구성이 우수한 반영구적인 초소수성 투명 유리가 개발되면 자동차, 빌딩 등에 활용할 수 있을 것으로 보인다.

이 밖에 나방의 눈을 모방한 반사방지 필름, 게코도마뱀 발바닥을 모방한 탄소나노튜브와 그래핀 소재 접착 패드, 상어 피부의 삼각형 돌기를 모방한 섬유 등 생체 기능을 모방한 신소재 개발 사례는 수없이 많다. 그 때문에 어쩌면 우리가 직면한 모든 문제의 답을 생체 기능에서 찾을 수 있을지도 모른다.

유망 신소재의 대부분은 그 자체만으로 상상 이상의 강력한 기능과 성능을 발휘하지만, 약간의 양념 첨가가 음식 맛을 확연하게 바꾸는 것처럼, 약간의 첨가만으로 부품이나 제품의 가능과 성능을 획기적으로 바꿀 수 있는 마력을 지니고 있다.

하지만 유망 신소재에 대한 연구 결과를 성공적으로 마무리한다는 것은 결코 쉬운 일이 아니다. 즉, 성공적인 신소재 개발을 위해서는 어떤 목적성을 가진 과제 발굴이 선행되어야 하지만, 많은 비용과 시간을 요하는 원천 기술개발에 기업의 적극적인 참여를 유도하는 제도적 장치가 마련되어야 할 것이다. 아울러 상용화 가능한 기술인지 원천기술로 끝나 버리는 기술인지를 명확히 하는 사업 추진의 포토 폴리오 전략 수립도 반드시 이루어져야 할 것이다.