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게코 도마뱀을 모방한 벨크로(찍찍이) 임지후.

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게코 도마뱀을 모방한 벨크로(찍찍이) 임지후.

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우리 주변에는 자연을 모방한 기술들이 많습니다. 낙하산은 민들레 씨앗의 모양을 모방해 만들어졌습니다. 상어 지느러미가 작은 돌기들로 코팅되는 리블렛 구조는 물과의 마찰을 줄이는 효과가 있습니다. 이 구조는 수영 선수들이 과거 입던 전신 수영복의 표면에 활용되었습니다. 그 효과가 너무 좋아 현재는 국제 대회에서 금지되기까지 했습니다. 도꼬마리나 엉겅퀴 등 식물의 가시 모양을 모방해 만든 벨크로, 찍찍이는 이미 많이 상용화되어 신발, 가방 등에 활용되고 있습니다. 이렇게 자연에서 볼 수 있는 구조나 특징을 모방해 활용한 기술을 생체모방기술이라고 합니다. 오늘은 이런 생체모방기술 중 게코 도마뱀의 발에 관해서 이야기해 보려고 합니다.

위 사진은 게코 도마뱀의 모습입니다. 참 귀엽죠? 게코 도마뱀은 도마뱀 붙이라고도 부릅니다. 게코도마뱀은 애완용으로 많이 거래되며 표범을 닮은 레오파드 게코, 볏이 있는 크레스티드 게코, 나무와 나무 사이를 날아다니는 플라잉 게코 등이 있습니다. 이 귀여운 게코 도마뱀의 발에 어떤 특징이 있는지 알아보겠습니다. 다음은 게코의 발바닥을 확대한 사진입니다.

게코의 발바닥 표면에는 사진과 같은 미세한 강모(Micro-hair)가 있습니다. 각 강모는 50~100μm의 길이와 5~10μm의 지름을 가지고 있습니다. 게코 발바닥에는 이러한 강모가 수백만 개 배열되어 있습니다. 그런데 각각의 강모는 또다시 수백 개의 섬모(Nano-hair)로 나눠집니다. 그리고 섬모 하나는 1~2μm의 길이, 200~500nm의 두께로 매우 작은 크기입니다. 머리카락의 두께가 평균적으로 약 100μm인 것을 생각하면 구조 하나하나가 얼마나 작은지 알 수 있습니다. 이렇게 엄청나게 많은 강모와 섬모는 게코 도마뱀 발바닥의 표면적을 크게 증가시켜줍니다.

발바닥의 표면적이 넓으면 어떤 점에서 유리할까요? 분산력, 혹은 반데르발스의 힘(Van der Waals force)은 원자나 분자 사이 작용하는 작은 인력을 말합니다. 원자나 분자 한두 개 사이의 힘은 매우 작지만, 수백만 개에 이르는 강모는 이 반데르발스의 힘을 극대화합니다. 그 결과, 게코 도마뱀의 발바닥은 강력한 접착력을 발휘할 수 있게 되는 것입니다.

게코 도마뱀의 이 끈끈한 발바닥은 우리에게 큰 아이디어를 제공해줍니다. 게코 발바닥의 접착력은 특별한 물질을 분비하는 것이 아니라서 밟은 부분에 끈적끈적한 물질이 남지 않습니다. 문어나 오징어의 빨판처럼 붙었던 부분에 압력 차이에 의한 자국이 남지도 않습니다. 또한, 앞서 설명한 벨크로, 즉 찍찍이처럼 갈고리에 의한 조직의 미세한 손상도 없을 것입니다. 그러면 게코 도마뱀의 이 특이한 발바닥은 어떻게 활용될 수 있을까요?

게코의 발바닥을 활용한 테이프? 심지어 점액도 없는 게코의 발바닥이 테이프로 활용된다니, 쉽게 연상되지 않을 수 있습니다. 우리가 익숙한 테이프는 한쪽 면에 접착제가 발라져 있어 끈적끈적한 면이 대상을 접합해줍니다. 하지만 붙어있던 절연테이프나 박스테이프를 오랜만에 떼어내면 끈적한 접착제가 남아 불편했던 경험이 있을 것입니다. 게코 발바닥의 구조를 활용하면 이러한 단점을 쉽게 보완할 수 있습니다. 접착제 대신 테이프의 나노구조를 통해 접착력을 발생시키는 것입니다.

게코 테이프의 접착하는 면에는 도마뱀 발바닥과 유사하게 아주 가느다란 섬모가 많이 있습니다. 탄소나노튜브와 같은 아주 가는 나노물질을 수십억 개 사용해 테이프를 코팅하면 도마뱀 무게의 수천 배 무게를 지탱할 수 있다고 합니다. 게코의 강모와 섬모를 모방하여 테이프 표면의 극세사를 만들어낸 것입니다.

기존 테이프의 접착제는 인체에 유해하고 알러지 반응을 일으킬 수 있습니다. 반면, 게코 테이프는 인체에 무해할 뿐만 아니라 나노 구조만 유지된다면 떼어낸 후에도 접착력이 사라지지 않습니다. 이러한 강점을 바탕으로 게코 테이프는 인체에 직접 부착되어야 하는 수술용 접합 테이프과 여러 번 떼었다 붙였다 해야 하는 게시판 등에 적용될 수 있습니다. 또한, 게코 테이프 두 개를 맞대어 미세 섬모끼리 맞물리게 만든다면 기존의 벨크로를 '찍' 소리가 나지 않는 찍찍이로 변형할 수도 있습니다.

게코 테이프처럼 게코 발바닥의 구조를 모방하고, 이에 공학적인 요소를 더한 기계들이 있습니다. 위 사진의 게코 그리퍼(gecko gripper)는 NASA에서 무중력 상태인 우주에서 우주 쓰레기를 수거할 때 사용하기 위해 개발을 시작했습니다. 사용되어도 나노 구조의 변화가 없으면 접착력을 잃지 않는다는 게코 발바닥의 특징이 잘 사용된 사례입니다.

게코 자체를 모방한 게코 로봇도 만들어지고 있습니다. 게코는 발바닥의 공 덕분에 벽면을 수직으로 올라갈 수 있는데, 이러한 게코를 로봇으로 재현하는 것이 가능합니다. 게코 테이프와 다르게 게코 도마뱀 로봇이 벽을 오를 때 힘이 아래쪽으로 일정하게 작용하기 때문에 극세사보다는 일정한 방향으로 정렬된 나노 구조를 활용하기도 합니다. 게코 로봇은 게코의 발바닥 뿐만 아니라 게코의 낮은 체형을 통한 안정성, 그리고 낮은 체형에서 게코 다리 관절의 움직임 등을 모방했습니다.

유럽우주기구(European Space Agency, ESA)에서는 이러한 게코 로봇을 우주에서 사용할 방안을 개발하고 있습니다. 실제로 우주와 유사한 진공 상태와 고온과 저온 상태 모두에서 안정적으로 작동했다고 합니다. 우주에서 도마뱀들이 무인 로봇으로 각종 수리와 유지를 담당해준다면 인공위성의 수명이 길어지는 것은 물론 지구에서 수정하거나 추가한 사항이 실시간으로 우주에서 이루어질 수 있을 것입니다. 미래에는 모든 인공위성에 게코 로봇이 타고 있어서 우주선을 게코 조종사가 운영하는 것처럼 보일 수도 있을 것 같습니다.

게코 도마뱀의 발바닥만 가지고도 이렇게 많은 아이디어와 발명품들이 쏟아져 나옵니다. 게코의 발바닥 외에도 현재 연구되고 있는 생체모방기술은 매우 많습니다. 자연의 모든 생물, 그리고 무생물까지도 모방하고 배울 점이 있다니 생체모방기술의 미래 역시 무궁무진한 가능성을 가지고 있습니다. 저 역시 기사를 준비하면서 다양한 자료조사를 통해 여러 생체모방기술의 사례를 찾아봤습니다. 정말 다양한 사례들이 있었고 잠시였지만 사례들을 보며 얻은 아이디어도 있었습니다. 작은 게코마저 인간의 모방 대상이 되기에 자연 앞에서 다시 한번 겸손해진 것 같습니다. 독자분들도 게코가 아니더라도 주변 환경에서 모방을 통한 아이디어와 그 원리를 생각해본다면 자연의 위대함을 새삼 느낄 수 있지 않을까 생각합니다.

[1] EurekAlert-How gecko feet got sticky

https://www.eurekalert.org/pub_releases/2016-10/uoc--hgf100616.php

[2] Sciencetimes-벽을 오르내릴 수 있는 발바닥 개발

https://www.sciencetimes.co.kr/?news=%EB%B2%BD%EC%9D%84-%EC%98%A4%EB%A5%B4%EB%82%B4%EB%A6%B4-%EC%88%98-%EC%9E%88%EB%8A%94-%EB%B0%9C%EB%B0%94%EB%8B%A5-%EA%B0%9C%EB%B0%9C&s=%EA%B2%8C%EC%BD%94

[3] EurekAlert-Gecko-inspired adhesion: Self-cleaning and reliable

https://www.eurekalert.org/pub_releases/2014-02/ha-gas021914.php

[4] esa-From geckos to space: Inspiration for new docking mechanisms

https://www.esa.int/Enabling_Support/Space_Engineering_Technology/Shaping_the_Future/From_geckos_to_space_Inspiration_for_new_docking_mechanisms

[5] d라이브러리-"게코도마뱀 발바닥에서 딱정벌레 날개를 봤습니다!

http://dl.dongascience.com/magazine/view/S201203N039

[1] https://violetsleepbabysleep.com/

[2] https://tenor.com/view/crazy-gif-5155755

[3] https://a-z-animals.com/animals/jellyfish/

[4] https://jolggu.tistory.com/531

[5] https://notefolio.net/lxxhyeonsin/94874

[6] https://themilitarywifeandmom.com/starting-babywise-top-10-newborn-baby-sleep-tips/

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자연을 모방하다: 게코 도마뱀

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우리 주변에는 자연을 모방한 기술들이 많습니다. 낙하산은 민들레 씨앗의 모양을 모방해 만들어졌습니다. 상어 지느러미가 작은 돌기들로 코팅되는 리블렛 구조는 물과의 마찰을 줄이는 효과가 있습니다. 이 구조는 수영 선수들이 과거 입던 전신 수영복의 표면에 활용되었습니다. 그 효과가 너무 좋아 현재는 국제 대회에서 금지되기까지 했습니다.

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민들레  씨앗을 본떠서 만든 낙하산

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민들레  씨앗을 본떠서 만든 낙하산

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이혜린

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“민들레 씨앗의 특별한 비행…공기 소용돌이 덕분” _ 과학 _ 미래&과학 _ 뉴스 _ 한겨레모바일

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김규민 철조망

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식물 모방 파리지옥로봇 김도하

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식물 모방 파리지옥로봇 김도하

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파리지옥 모방

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파리가 앉으면 0.1초 만에 잎이 닫히는... '공포의 식물' 모방
韓·美서 잇달아 발표, 가로·세로 방향 잎구조 그대로... 안면마비 손상 근육이나 눈·심장 근육 손상에 활용 가능

돌기가 밖으로 나 있는 타원형 잎이 양쪽으로 벌어져 있다. 파리가 향긋한 냄새에 이끌려 안쪽에 앉으면 순식간에 잎이 닫힌다. 파리를 잡아먹는 식충(食蟲) 식물 '파리지옥'이다. 최근 한국과 미국 과학자들이 파리지옥을 모방한 로봇을 잇달아 발표했다. 실험실에 파리가 많이 꼬여서가 아니다. 과학자들은 파리지옥을 모방한 기술이 손바닥만 한 미세 로봇의 동력이나, 안면마비 환자의 잃어버린 표정을 되살릴 인공근육을 만들 수 있을 것으로 기대하고 있다. 파리에겐 지옥이지만 환자에겐 천국인 로봇이다.

◇ 0.1초 만에 닫히는 잎 모방

과학자들이 파리지옥에 주목한 것은 잎이 닫히는 엄청난 속도다. 파리지옥의 잎은 파리가 앉자마자 0.1초 만에 닫힌다. 그처럼 빠른 속도로 모양이 변하는 물질을 만들면 로봇이나 인공근육 등 다양한 곳에서 쓸 수 있기 때문이다.

파리지옥의 잎은 수액(樹液)이 한꺼번에 몰리면서 모양이 바뀐다. 하지만 수액만으로는 그토록 빠른 속도를 설명하지 못한다. 2005년 미 하버드대의 마하데반(Mahadevan) 교수는 '네이처'지에 파리지옥의 잎이 그토록 빠르게 모양이 변하는 것은 수액보다는 잎 자체의 구조적 특성 때문이라고 밝혔다.

연구진에 따르면 파리지옥의 잎을 이루는 섬유질은 한 층은 가로 방향으로, 다른 층은 세로 방향으로 배열돼 있다. 덕분에 상황에 따라 두 가지 형태가 가능하다. 이를테면 평소엔 가로 방향의 섬유질이 잎 모양을 만들어 밖으로 벌어져 있다가, 파리가 닿으면서 수액이 흐르면 순식간에 세로 방향 섬유질이 형태를 주도해 잎이 닫힌다.

조규진 서울대 교수(기계항공공학부)는 지난 5월 국제전기전자학회(IEEE) 국제학회에서 탄소섬유로 만든 파리지옥 로봇을 발표했다. 로봇의 잎은 실제 파리지옥처럼 탄소섬유가 한 층은 가로로, 다른 층은 세로로 연결돼 있다. 파리가 닿으면 두 잎 사이의 형상기억합금 스프링이 당겨지면서 순식간에 모양이 바깥으로 벌어진 형태에서 안으로 오그라드는 모양으로 바뀐다.

조 교수는 "초소형 로봇을 위해 모터를 작게 하는 데 한계가 있다"며 "탄소섬유 잎은 파리지옥처럼 0.1초 만에 모양을 바꿀 수 있어 초소형 로봇의 집게나 날개의 인공근육으로 활용할 수 있다"고 말했다.

◇ 마비 환자를 위한 인공근육도 가능

미국 메인대 샤힌푸르(Shahinpoor) 교수는 지난 8월 생체모방 분야 국제학술지에 '이온성 고분자-금속 복합체(IPMC)'란 물질로 만든 파리지옥 로봇을 발표했다. 미 항공우주국(NASA) 제트추진연구소가 처음 개발한 IPMC는 전기가 흐르면 형태가 변하는 고분자 물질의 일종. 미세한 전압 변화에 막 내부의 전기를 띤 이온과 수분이 이동하면서 모양이 휘어진다. 나사는 1990년대부터 소형우주탐사 로봇의 집게나 날개 등에 이 물질을 쓰고 있다.

메인대 연구진이 만든 파리지옥 로봇은 잎과 돌기가 이런 고분자 막으로 이뤄져 있다. 파리가 돌기에 닿으면 전극에 전압 변화가 생기고, 이어 고분자 막에서 이온이 이동해 마주 보는 두 잎이 순식간에 달라붙는다.

연구진은 파리지옥처럼 순식간에 모양이 변하는 고분자-금속 복합체는 의료계에서 먼저 실용화될 것이라고 전망했다. 예를 들어 파리지옥을 만든 부드러운 고분자 물질을 안면 마비 환자의 손상된 근육 대신 이식한다. 환자가 어떤 표정을 생각하면 해당하는 전기신호를 포착해 고분자 물질에 전달한다. 그러면 고분자 물질이 파리지옥 잎이 움직이듯 순식간에 모양이 변해 원하는 표정을 만든다.

샤힌푸르 교수는 "눈이나 심장 근육이 손상된 경우에도 이용할 수 있을 것"이라고 밝혔다. 물고기 로봇에도 적용할 수 있다. 네바다대의 김진광 교수는 샤힌푸르 교수팀의 고분자 물질로 물고기 로봇의 지느러미를 만든 바 있다.

◇ 파리로 영양분 얻는 로봇도 가능

파리지옥 로봇을 실제로 파리를 잡는 데 쓸 수는 없을까. 영국 브리스톨 로봇연구실의 이에로풀로스(Ieropoulos) 교수는 몇 년 전 곤충이나 음식쓰레기에서 전기를 얻는 로봇 '에코봇(Ecobot)'을 만들었다. 로봇에 파리나 음식쓰레기를 주면 박테리아가 이를 분해하는 과정에서 전기를 만든다. 이에로풀로스 교수는 "파리지옥 로봇 기술을 적용하면 원료 공급과 전기 생산 모두를 독자적으로 해내는 로봇을 만들 수 있을 것"이라고 말했다.

이영완 기자 ywlee@chosun.com

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파리지옥 로봇 탄생 : 네이트 뉴스

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한눈에 보는 오늘 : IT/과학 - 뉴스 : 돌기가 밖으로 나 있는 타원형 잎이 양쪽으로 벌어져 있다. 파리가 향긋한 냄새에 이끌려 안쪽에 앉으면 순식간에 잎이 닫힌다. 파리를 잡아먹는 식충(食蟲) 식물 '파리지옥'이다. 최근 한국과 미국 과학자들이 파리지옥을 모방한 로봇을 잇달아 발표했다. 실

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부레옥잠의 잎자루는 물의 잘 뜨는 특징을 이용해 물의 뜨는 주방 도구를 만들었습니다
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생체모방기술: 살아있는 생물의 행동이나 구조, 만들어내는 물질 등을 모방함으로써 새로운 기술을 만드는 기술. 생체와 모방의 합성어.

[식물을 모방한 발명품들]

1. '도꼬마리'의 가시, '엉겅퀴'의 갈고리, '우엉'의 열매 -> 벨크로(찍찍이)테이프 -> 우주인의 식판

2. '장미'의 가시 -> 철조망

3. '단풍씨앗' -> 헬리곱터의 날개

4. '민들레홀씨' -> 선풍기 날개

5. '솔방울' -> 통풍구

6. '해바라기' -> 태양열 발전 시스템

7. '연잎'의 잎의 표면의 물방울이 떨어지는
독일의 바스프사의 물의 침투와 오염을 방지하는 스프레이

8. '칼라꽃(Lily)'의 나선형 구조 -> 팩스테크놀로지의 워터 믹서기

[곤충을 모방한 발명품들]

1. '사마귀'의 발 ->굴삭기

2. '사막딱정벌레'의 등딱지 -> 인공 오아시스 에어드롭

3. '파리'의 눈 -> 디지털 카메라, 태양전지

4. '나방', '나비'의 눈 -> 디스플레이의 에너지 효율을 높이는 제품
. '물포나비'의 날개에서 볼 수 있는 구조색 -> 특수섬유개발, 지폐위조방지

6. '반딧불'의 배 -> 손전등

7. '모기'의 입 -> 주사바늘

[육지 동물을 모방한 발명품들]

1. '오리'의 물갈퀴 -> 오리발

2. '새'의 날개 -> 비행기

3. '박쥐'의 날개 -> 레오나르도 다빈치 비행장치

4. '코끼리'의 코 -> 소방차의 호스

5. '게코도마뱀'의 발바닥 -> 접착 테이프

6. '캥거루'의 아기집 -> 인큐베이팅 시스템

7. '야생동물'의 발톱 -> 원시인의 무기

8. '물총새'의 부리 -> 일본 신칸센 열차의 앞면

9. '부엉이'의 깃털모양 ->  일본 신칸센 판토그래프 (소음 줄임)
사람을 모방한 기술]

1. '사람'의  혈액이 응고되는 피부 -> 영국 브리스톨대 항공우주공학과 이언 본드, 리처드 트래스크 교수 팀 우주선의 자가치료가 가능한 신소재

[해양 동물을 모방한 발명품들]

1. '문어'의 빨판 -> 흡착기 (예: 거울 위에 붙이는 인형 뒤에 달린 것)

2. '거북이'의 등껍질 -> 장갑차, 이순신의 거북선

3. '게'의 집게 -> 집게

4. '상어'의 비늘 -> 전신수영복, 비행기의 공기저항 줄임, 자동차의 타이어, 잠수함

5. '블루길'의 가슴 지느러미 -> 무인 잠수정 추진체

6. '노랑 거북복(오스트락숀 쿠비쿠스)'의 몸 -> 메르세데스 밴츠의 승용차

7. '홍합'의 콜라겐 단백질 -> 접착제, 인공피부

8. '흑등고래'의 가슴지느러미 -> 헬리콥터의 회전날개, 배의 키, 수중 터빈, 수력 터빈, 풍력 터빈
. '물고기 떼'의 움직임 -> 미국 칼텍 연구진 풍력 발전 단지 배치

10. '가오리'의 모양 -> 독일 공기압 기기회사 Festo의 차세대 비행선

[자연을 모방한 건출물]

1. '흰개미'의 집 -> 아프리카 짐바브웨 하라레 이스트게이트 쇼핑센터 (eastgate centre)
벌'의 집 -> 허니콤 구조 -> 핸드폰 기지국, KTX 앞부분 충격 완화장치, 비행기 날개, 영국 잉글랜드 콘윌 이던 프로젝트 식물원 (Eden Project/ 비누방울에도 영감을 얻음)

3. '사람'의 골반과 대퇴골을 잇는 곡선 -> 프랑스 파리 에펠탑

4. '사람' 눈의 홍채 -> 프랑스 파리 아랍세계연구소 남쪽 건물의 외벽

5. '숲' -> 일본 오사카 대학 Frontier Research Center

6. '오렌지' 조각 -> 호주 시드니 오페라 하우스

7. '새 둥지' -> 중국 베이징 올림픽 주경기장

8. '나무' -> 미국 보스턴 트리포드, 아랍에미리트 두바이 다빈치 타워

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방통대 유아교육과, 어린이집, 유치원 자료 모음

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자연을 모방한 발명품들: 생체모방기술

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생체모방기술: 살아있는 생물의 행동이나 구조, 만들어내는 물질 등을 모방함으로써 새로운 기술을 만드는 기술. 생체와 모방의 합성어. [식물을 모방한 발명품들] 1. '도꼬마리'의 가시, '엉겅퀴'의 갈고리, '우엉'의 열매 -> 벨크로(찍찍이)테이프 -> 우주인의 식판 2. '장미'의 가시 -> 철조망 3. '단풍씨앗' -> 헬리곱터의 날개 4. '민들레홀씨' -> 선풍기 날개 5. '솔방울' -> 통풍구 6.

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예승

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https://m.search.naver.com/p/crd/rd?m=1&px=202&py=427&sx=202&sy=427&p=idzXzlprfjCssCjtadZsssssseo-013551&q=%EC%8B%9D%EB%AC%BC%EC%9D%98+%ED%8A%B9%EC%A7%95%EC%9D%84+%EB%AA%A8%EB%B0%A9%ED%95%B4+%EC%83%9D%ED%99%9C%EC%97%90%EC%84%9C+%ED%99%9C%EC%9A%A9&ie=utf8&rev=1&ssc=tab.m.all&f=m&w=m&s=M0AQtI19Gac%2F3vwN8YrOIq4r&time=1695346395244&abt=%5B%7B%22eid%22%3A%22SBR1%22%2C%22vid%22%3A%221408%22%7D%5D&a=ksn_sit*t.link&r=1&i=90000003_0000000000000033F71CF6CD&u=https%3A%2F%2Fblog.naver.com%2Fhiwego%2F223189202637&cr=1

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모방한것:선풍기,헬리콥터위에있는것등등

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장미 가시를 모방한 철창.     김승언

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장미 가시를 모방한 철창.     김승언

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단푸나무 열매:헬리콥터 프로펠러,선풍기

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네이버 블로그 | 주하의 발명기자단 기록

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장미덩굴을 본따 만든 철조망

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안녕하세요^^ 오늘은 철조망에 대해 조사해 보았습니다. 철조망을 어디에서 보신 적이 있나요? 저는 제일…

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엉겅퀴를 모방한철조망

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