(성공사례) 나노유체 원리 기반 이온 기계 개발 프로젝트

프랑스국립과학연구센터(CNRS)와 파리 고등사범학교(ENS)의 나노유체학 전문가인 Lyderic Bocquet는 스스로를 “무한히 작은 관을 다루는 배관공”이라고 묘사하며 “나는 상상할 수 있는 가장 작은 채널을 통해 유체가 흐르는 것을 주의 깊게 관찰한다”라고 덧붙임
나노유체공학은 유체 역학의 연속체가 물질의 개별적인 원자 특성을 만나는 개척지로 Bocquet는 “나노유체학에서 우리는 일반적으로 1~100나노미터 크기의 구조에 국한된 유체의 유동, 조작 및 제어를 연구한다”고 설명
이는 사람의 머리카락 굵기보다 수백 배 더 작으며, 이러한 작은 구조에 국한되면 유체가 다르게 움직이거나 새로운 특성을 나타낼 수도 있어 연구자들의 관심을 끌고 있음
나노유체공학은 또한 우리 몸을 포함하여 자연에서 쉽게 발견할 수 있는 것으로 Boqcquet는 “신장의 여과 시스템부터 뇌의 신경과 시냅스에 이르기까지 나노유체의 예는 어디에서나 찾을 수 있다”라고 말함

유럽연구위원회(ERC)에서 자금을 지원하는 SHADOKS 프로젝트를 통해 Bocquet는 나노유체에 대한 이해를 높일 뿐만 아니라 새로 발견된 지식을 사용하여 이온 기계를 제작하려는 연구를 주도하고 있음

이온 기계는 본질적으로 인간의 두뇌와 유사하게 작동하는 인공장치로, 한때 공상과학 소설에만 국한되었던 이 개념이 현실이 되고 있음
뇌는 수조 개의 시냅스를 통해 연결된 수십억 개의 뉴런을 통해 정보 흐름 방식을 최적화하는 동시에 고전적인 컴퓨터 아키텍처의 특징인 프로세서와 메모리 간의 비용이 많이 들고 지속적인 데이터 이동을 방지
“뇌는 하루에 단 두 개의 바나나만으로 구동할 수 있는 슈퍼컴퓨터이므로 실제 컴퓨터보다 훨씬 더 효율적이다”(Bocquet)

이러한 발견 중 하나는 스포츠 장비, 방탄복 및 차량에 사용되는 탄소나노튜브와 같은 탄소 기반 나노채널 내에서 물이 어떻게 흐르는지에 관한 것임
“탄소나노튜브에 갇힌 물은 제한되지 않은 공간에서 흐르는 것보다 최대 10,000배 더 빠르게 흐른다고 오랫동안 믿어왔다”
이전 실험에서 Bocquet는 나노튜브 벽을 따른 물의 마찰이 비정상적으로 유동한다는 것을 보여줌
SHADOKS 프로젝트를 진행하는 동안 그의 연구팀은 마침내 그 이유를 설명할 수 있게 됨
“그 대답은 탄소나노튜브의 특성에 고유한 비전통적인 양자 마찰 효과인 것으로 밝혀졌다. 유체역학과 양자물리학 사이의 이러한 연계가 물 수송과 전자 수송의 결합을 포함하여 광범위한 응용 분야에 대한 문을 열어준다.”

“우리가 제안한 솔루션은 압력 대신 전기장을 사용하기 때문에 쉽게 확장할 수 있으며 따라서 담수에 대한 전 세계의 접근성을 크게 높일 수 있는 잠재력이 있다”(Bocquet)
새로운 나노유체 기반 여과/담수화 시스템에 대한 여러 특허가 출원되었으며, Bocquet는 이 개념을 상용화하기 위해 스타트업을 설립할 계획
Bocquet는 “나는 이 프로젝트에서 나온 획기적인 과학이 앞으로 몇 년 안에 획기적인 혁신으로 이어질 것이라고 확신한다”라고 말함