[IT 기본학습] 전자 신체 시리즈 ③ ‘대신 맛봐드립니다’ 디지털 기미 상궁의 등장! 전자혀

 

안녕하세요 전자 신체 시리즈 3탄 컨텐츠로 돌아온 이호스트ICT입니다.


앞선 1, 2탄의 콘텐츠가 궁금하신 분께서는 아래 링크에 접속하여 확인해보시기를 바라며 오늘 포스팅 시작 하겠습니다. 

 

[IT 기본학습] 전자 신체 시리즈 ①, 차세대 핵심기술 전자피부!

 

[IT 기본학습] 전자 신체 시리즈 ②, 세상 모든 냄새를 맡을 수 있다! '전자코'

 

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조선 시대에는 임금님이 음식을 먹기 전에 독이 들었는지를 살피기 위해 사전에 맛을 봐주던 기미 상궁이 있었는데요. 시간이 흘러 급격한 기술의 발전을 겪고 있는 현대에는 기미 상궁도 디지털화된 시대에 도래했습니다. 바로 21세기 현대판 디지털 기미 상궁 '전자혀(electronic tongue)'입니다. 

혀의 표면은 작은 돌기들로 이루어져 있는데요. 돌기 아래의 미뢰에는 미각을 감지하는 세포들이 모여있습니다. 미각 세포가 액체 속 특정 성분을 감지하여 그 정보를 뇌로 전달하면 우리는 맛을 느낄 수가 있는 것입니다. 이 과정으로 느낄 수 있는 기본적인 맛은 단맛, 신맛, 짠맛, 쓴, 감칠맛으로 총 5가지인데요. 이 밖의 다양한 맛들은 기본적인 맛의 복합성으로 발생하는 결과값입니다. 즉, 혀에서는 5가지의 맛을 느끼지만 재료와 냄새, 식감, 모양 등 외부적인 요소들이 모두 종합되어 발생하는 결과인 것인데요. 맛에 대한 기준이 정확하게 정해져있지 않고, 미각 자체가 복합성을 가지고 있는 감각인 만큼 개인적이고 주관적입니다. 

식음료나 의약품 분야에서는 객관적인 평가가 꼭 필요한 순간들이 있습니다.  당도계, 염도계와 같이 특정한 성분을 측정해 주는 기기들은 쉽게 볼 수 있지만 사람처럼 맛에 대해 객관적인 평가를 받을 수는 없었는데요. 이런 순간들을 위해 맛에 객관성을 부여해 주는 절대 미각 '전자혀'가 개발되고 있습니다.

*미뢰 : 맛을 느끼는 감각 세포가 몰려있는 세포

 

전자혀의 원리

출처 : UNIST

전자혀는 인체가 인지하는 미각 자극을 중추신경계의 도움 없이 전기적 신호로 변환하여 판별하는 것을 의미합니다. 핵심 원리를 알아보면 사람의 미뢰 역할을 하는 화학적 센서가 전자혀의 핵심이라고 볼 수 있습니다. 여러 가지 화학물질로 이루어진 마이크로 센서를 하나의 실리콘 웨이퍼 위에 얹어 인간의 혀와 흡사하게 구현해낸 것인데요. 실리콘 웨이퍼 위에 있는 화학적 센서들은 인간의 혀 기능을 해내며, 이 센서들을 통해 컴퓨터에 구현되는 데이터들은 소프트웨어로 인간의 두뇌에 해당됩니다. 

 

혀의 능력 밖인 맛도 문제없다! 

떫은맛

출처 : UNIST

덜 익은 과일 혹은 드라이한 와인 등을 먹으면 입안이 텁텁해지는 떫은맛을 느낄 수 있습니다. 사실 여기서 '떫은맛'은 미각이 아닌 입속 점막 같은 피부 조직이 자극을 받아 느끼는 피부 감각인데요.  이처럼 떫은맛은 '감각'의 영역에 더 가까운 맛이기 때문에 일반적인 '맛'을 감지하는 전자혀와는 다른 원리로 작동하는 새로운 전자혀가 필요합니다. 그래서 UNIST 고현협 교수 연구팀에서는 미세한 구멍이 많은 고분자 젤을 이용하여 떫은맛을 감지하는 전자혀를 개발했습니다. 
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출처 : UNIST

고현협 교수 연구팀은 혀 점막에서 일어나는 떫은맛 감지 원리를 모방하여, 떫은맛 분자와 결합하면 소수성 응집체가 만들어지는 이온전도성 수화젤을 이용하여 떫은맛 감지 전용 전자 혀를 개발한 것인데요. 이 고분자 젤은 혀 점막 단백질 역할을 하는 뮤신과 염화리튬이온을 포함하고 있으며 미세한 구멍이 많은 구조를 하고 있습니다.  젤의 성분과 떫은맛 분자가 만나 미세 구멍 안에서 응집체 네트워크가 생성이 되면서 전기적 신호로 검출하는 원리인데요

이 전자혀는 와인이나 과일의 떫은맛의 정도를 정량적으로 정확하게 감별해 내는 데에 성공했으며, 검출해낼 수 있는 떫은맛의 범위도 넓고 센서에 접촉과 동시에 결과를 검출해낼 수 있습니다. 그뿐만 아니라 실제 소믈리에 등 전문가보다 10배가량 예민하게 감지해낼 수 있어 식품이나 주류 등 다양한 산업 군에서 활약할 전망이라고 합니다. 

 

매운맛

매운맛은 혀의 미뢰로 측정이 가능하긴 하지만 통각에 해당돼, 일정 맵기를 넘어서면 감각이 마비되면서 인간의 혀가 제 기능을 하지 못하는데요. 때문에 측정할 수 있는 범위가 매우 좁고 심지어 그마저도 정확한 기준을 세우기는 쉽지 않습니다. 이런 경우 역시 전자혀를 활용하면 맵기의 정도와 상관없이 측정해낼 수 있습니다. 

매운맛을 측정하는 전자혀는 고추와 같은 매운맛을 내는 캡사이신 농도를 측정할 수 있는데요. 이를 통해 같은 매운맛의 조절은 물론, 같은 매운맛이라도 좀 더 좋은 성분으로 대체할 수 있도록 하는 연구도 진행할 수 있게 되는 등 다양한 효과를 가져오게 됩니다. 

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전자 신체 전자혀의 활용법

 

전자혀가 어디에 쓰일지 의문이 들 수도 있는데요. 생각보다 그 활용도가 무궁무진합니다. 사람이 직접 하기 위험한 작업을 대신하거나 자동으로 물질의 상태를 판별할 수도 있으며, 정량적인 결과 도출이 중요한 제품이나 의약품의 개발에도 활용될 수 있습니다. 또한 주류나 의약품 중에 가짜 주류, 가짜 약 등을 구분하는 역할도 해내며 독성 물질을 확인하기도 합니다.

이 전자 신체는 식품이나 의약 분야 외에도 산업 분야에서도 활용될 수 있는데요. 살충제와 페놀 성분 검출을 위해 쓰이기도 하고 화학 플랜트 폐수의 품질 평가를 위해 사용되기도 했습니다. 박테리아의 유형을 구별하여 세균 감염을 조기 식별하는데도 일조를 하는 등 다양한 역할 수행을 해내고 있습니다.

전자혀가 아직까지는 도달하지 못한 맛의 요소가 식감인데요. 씹을 때 느끼는 감각을 의미하는 식감을 느끼는 전자혀를 위해 열심히 개발이 진행 중이라고 합니다. 이러한 전자혀가 발전하면 맛을 정확하게 기록해두고 수치상으로도 기억을 할 수가 있게 되는데요. 전자 신체 전자혀의 발달로 사람들이 더욱 건강하고 맛있는 미각 생활을 즐기게 되길 바라며 오늘은 이만 마치도록 하겠습니다. ​

감사합니다.