펭귄은 새라고 할 수 있지만, 물속에서는 매우 빠른 속도로 수영이 가능하며, 그 중 남극 주변에 서식하는 젠투펭귄은 최고 시속 35km에 달하는데, 중국과학원과 태국 몽쿠트왕공대 라트클라반 연구팀이, 펭귄의 날개를 유체역학적으로 분석한 결과로부터 "수영하는 동안 날개 각도를 바꾸는 능력이 펭귄의 수영 능력에 중요하다"고 보고했다.
펭귄은 육상에서는 좀 아장아장 걷는 인상이 강한 생물이지만, 수중에서는 속도와 기동성을 양립한 움직임으로 능숙하게 헤엄쳐 다니고, 그런 펭귄의 날개는 공중을 날기 위한 구조를 하고 있지 않고, 물속을 헤엄쳐 다니는 지느러미와 같은 역할을 담당하고 있다.
일반적으로 수생생물은 물속에서 추력을 창출하기 위해, 보트를 젓는 "로잉"이라고 불리는 움직임이나 날개짓하는 "플래핑"이라고 불리는 움직임 중 하나를 채용하고 있다. 항력을 이용하는 로잉은, 보다 저속한 움직임에 적합하고, 양력을 이용하는 플래핑은 더 빠른 움직임에 적합하다는 것.
펭귄의 날개는 하늘을 나는 새의 날개보다 짧고 평평한 형상을 하고 있으며, 비늘 모양의 날개로 덮여 있다. 치밀하게 밀집된 비늘 모양의 날개 덕분에, 피부와 물 사이에 공기를 모으는 것이 가능해졌으며, 이를 통해 수영에서 저항이 되는 수중 마찰과 난류를 줄여준다고 한다.
연구팀은, 펭귄이 헤엄치는 영상과 2D 모션 해석을 결합해, 날개 주위의 복잡한 힘과 흐름을 시뮬레이션하는 유체역학적 모델을 구축하고, 펭귄의 날개가 어떻게 수중에서의 추력을 만들어 내는지 알아보기 위해 분석을 실시.
유체역학적 모델에는, 날개의 움직임에 의한 추력, 양력, 가로 방향의 힘이라고 하는 파라미터나, 유체의 점도나 속도에 관한 파라미터등이 포함되었고, 또 날개의 날갯짓 속도나 전진 속도 비율을 사용해, 날개의 움직임을 모델링하고 진행 방향에 대한 날개 각도로 구성된 "angle of thrust(추력각)"라는 새로운 변수도 도입했다고 한다.
분석 결과, 펭귄은 물속을 헤엄칠 때 양력 기반의 추진 메커니즘을 하고 있으며, "페더링"이라고 불리는 움직임이 강력한 추진력을 만들어내는 열쇠가 되고 있다고 결론 내렸다. 일반적으로 페더링이란, 항공기가 프로펠러를 진행 방향에 대해 수직으로 향함으로써 항력을 최소화하고 활공비를 향상시키는 것을 말하는데, 날개 각도를 미세 조정하여 페더링을 함으로써, 펭귄은 물속에서 추력을 얻고 있다고 연구팀은 설명.
논문의 공저자이자, 몽쿠트 왕공대 라트클라반의 연구자인 Prasert Prapamonthon 씨는, "펭귄의 시작/브레이크, 가속/감속, 선회와 같은 뛰어난 유영능력은 자유롭게 움직일 수 있는 날개에 의한 것입니다. 이 날개 덕분에 펭귄은 물속에서 추진력과 기동력을 발휘하고, 육상에서는 균형을 유지할 수 있습니다"라고 말한다.
이번 연구결과는, 단순히 펭귄의 수영능력에 대해 물리적으로 규명할 뿐만 아니라, 수중에서의 효율적인 추진방법을 개발하는 데 힌트가 되기도 하는데, 이를 통해 최첨단 수상 차량이나 수중 탐색 로봇 등을 구축하기 위한 단서를 얻을 수 있다고 한다.
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