식물 스트레스를 알 수 있는 웨어러블 장치 개발

미국 아이오와 주립대 연구진이 식물의 목소리를 들을 수 있는 웨어러블 장치를 현재 개발 중이다. 식물은 사람과 같이 누군가에게 직접 언어로 자신의 상태를 말할 수는 없지만, 스트레스를 받을 때 자신의 상태에 대한 신호를 보내고 있으며, 그 신호를 감지해 사람들에게 알릴 수 있게 된다는 것이다.

식물을 키워본 사람이 있다면, 누구나 공감할 것이라 생각한다. 어느 날 가게에서 우연히 본 관엽식물이 너무 마음에 들어 충동적으로 집에 데려왔는데, 얼마 지나지 않아 초록빛이 시들고 마는 순간의 안타까움 말이다. 식물을 키우고 싶은데 매번 실패만 반복하니, 식물이 말이라도 걸어주면 얼마나 좋을까 생각한 적도 있을 것이다.

 

식물 스트레스 다만, 우리가 듣지 못할 뿐

 

연구진이 개발한 웨어러블 장치는 식물의 잎에 간단히 붙여두기만 하면, 식물이 스트레스를 받아 방출하는 과산화수소(H₂O₂)를 탐지해 이를 전기 신호로 바꾸어 사람에게 알려준다. 식물이 스트레스를 받을 때 SOS 신호로 과산화수소를 내보낸다는 점에 착안한 것이다.

식물이 말한다는 사실은 이미 많은 연구로 밝혀진 바 있다. 예를 들어 토마토는 상처를 입으면 초음파로 비명을 지르고, 심지어 고통스러운 기억을 다음 세대에 전달하는 식물도 있다.

이렇게 식물은 생각보다도 적극적으로 자신의 상태를 알리고 있었다.

---

웨어러블 기기의 구조와 작동 원리

 

아이오와 주립대의 연구팀이 개발한 웨어러블 장치는 부드러운 소재 위에 미세한 플라스틱 아주 작은 바늘을 여러 개 배열해 놓고, 바늘 표면은 키토산과 식물 유래 효소를 섞은 금으로 코팅했다. 식물이 스트레스를 받을 때 방출하는 과산화수소에 이 바늘이 닿으면 즉시 전류가 발생하고, 이를 통해 식물의 스트레스 정도를 정확히 파악할 수 있는 방식이다.

연구팀은 이 장치의 성능을 확인하기 위해 담배와 콩 잎에 장치를 부착한 뒤, 병원성 세균인 슈도모나스 시링가에를 감염시키는 실험을 진행했다. 그러자 이 장치는 신속하게 과산화수소의 증가를 포착했고, 식물이 내보낸 SOS 신호를 정확하게 전달하는 데 성공했다. 게다가 이 장치는 일회성이 아니라 최대 10회까지 반복 사용이 가능한 높은 내구성을 갖추고 있다. 연구를 주도한 리앙 동(Liang Dong) 교수는 “이 장치를 활용하면 단 1분 이내에 식물의 스트레스 상태를 측정할 수 있으며, 비용도 측정 1회당 약 1,500원 정도로 저렴하게 유지할 수 있다”고 설명했다.

---

농업 분야에 변화를 가져올지도…

 

이 기술은 실체화된다면, 농업 분야에 변화를 가져올 것으로 보인다. 실제로 세계적으로 농작물 생산량의 20~30%가 병충해 피해로 손실되고 있으며, 이로 인한 경제적 피해는 연간 약 2,200억 달러에 달한다고 한다. 만약 이 기술을 농업 현장에 도입한다면, 넓은 농장을 일일이 돌아다닐 필요 없이 한자리에서 실시간으로 작물의 건강 상태를 모니터링할 수 있게 된다.

최근 농업에서는 이미 AI를 활용한 감시 시스템과 자동화 로봇이 활발히 도입되고 있다. 여기에 식물이 직접 보내는 신호를 실시간으로 확인할 수 있는 이 장치가 추가된다면 더욱 효과적인 농장 관리가 가능해질 것이다. 연구진은 앞으로 이 기술을 다양한 환경과 작물에 적용할 수 있도록 지속적으로 발전시켜 나갈 계획이다.

이 연구 결과는 2025년 3월 19일 자 “국제학술지 ACS Sensors”에 게재되었다.

REFERENCE