공생하는 곤충의 비밀을 밝혀내는 열화상 카메라

자료제공 : FLIR

곤충 연구에서도 열화상 카메라가 큰 역할을 하고 있다. 과학자들은 열화상 카메라를 사용하여 한 그루의 식물에서 여러 종류의 곤충이 어떤 방식으로 공생할 수 있는지를 연구하고 있다. 펜실베니아 주립대학의 연구진은 FLIR T650sc 열화상 카메라를 활용하여 밀 한 포기에서 함께 서식하고 있는 여러 종류의 곤충에 대하여 귀중한 열적 정보를 수집하는데 성공했다. FLIR가 제공한 이 글을 통해 공생하는 곤충에 대해 열화상 카메라가 어떠한 도움을 주었는지 알아보자.

펜실베니아 주립대학의 곤충생태학 연구실은 인간의 건강, 삶의 질, 식량 및 생태계의 지속가능성에 미치는 곤충의 영향을 집중적으로 연구하고 있다. 곤충학은 인류의 생명, 환경 및 사회의 복지를 이해하는데 크게 기여하고 있는 학제적 생명과학 분야이다. 곤충은 농작물의 수분과 같은 긍정적인 영향과 식량 공급에서의 경쟁 및 병원균의 전달과 같은 부정적인 영향 때문에 과학계에서 연구가 끊임없이 이루어지고 있다.

펜실베니아 주립대학 곤충생태 연구실의 과학자들은 다양한 실험방법과 장비를 사용하고 있으며, 열화상 카메라를 사용하여 곤충의 생활을 자세하게 관찰하고 있다. 온도는 곤충의 성장과 진화에 가장 큰 영향을 미치는 환경적 요인이므로 꼭 관찰해야하는 요소이기 때문이다. 곤충이 서식하는 숙주 식물의 소기후학적 조건은 초식성 곤충에게 특히 중요한 것이며, 숙주 식물에서 곤충의 서식 범위는 온도의 기울기에 의해 결정되는 경우가 많다.
펜실베니아 대학의 곤충학과 대학원생인 미치 포라스는 이와 같은 소기후학적 현상을 연구하고 있으며 한 식물에서 여러 종류 곤충들의 공생관계에 특히 큰 관심을 가지고 있다. 그녀는 경쟁 관계에 있는 곤충들이 어떻게 공통 환경에서 함께 서식할 수 있는가에 대한 의문을 갖고 연구를 시작했다고 한다. 그녀는 한 포기의 식물에서 볼 수 있는 곤충들의 공생관계와 분포를 밝히는 데는 그 식물의 온도 기울기가 중요한 역할을 할 수 있을 것이라 생각하여 온도 기울기를 조사하기 위해 실험을 했다.

식물의 온도 측정
미치 포라스의 말에 의하면, 밀 한 포기에서 줄기와 잎 끝 부분의 온도를 정확하게 측정하고자 하였지만 밀은 줄기와 잎이 매우 가늘기 때문에 온도를 정확하게 그리고 신뢰성 있게 측정하는 것에 어려움을 느꼈다고 한다. 그녀는 이전에 다른 대학교에 있을 때는 서모커플로 온도를 측정했지만 서모커플은 식물의 온도를 측정하는 데는 효율적인 방법이 되지 못했다고 전했다.

서모커플이 식물의 온도를 측정하는 데는 효율적지 않은 이유는 첫째로 서모커플은 한 점의 온도만 측정할 수 있을 뿐, 더 중요한 넓은 표면에 걸친 온도 분포는 측정할 수 없다. 둘째, 서모커플로 식물의 온도를 측정하려면 식물에 접촉해야 한다. 그런데 식물에 접촉하면 그 부분의 온도가 달라지기 때문에 정확한 온도 측정이 어려워진다.
밀 한 포기에도 온도의 기울기가 있다(시뮬레이션된 경작지에서의 밀도). 밀 한 포기의 온도 차이는 줄기에서 22±1.5°C, 잎 끝 부분에서 32.5±1°C로 측정되었다.

열화상 이미징의 장점
온도에 따른 곤충 서식 밀도 실험에서 펜실베니아 주립대학 곤충생태 연구실의 과학자들은 열화상 카메라를 사용하기로 했다. 식물의 열적 다양성을 정확하게 조사하는데 가장 적합한 도구라고 판단 되었기 때문이다. 열화상 카메라는 밀 한 포기에서 줄기와 잎 끝 부분의 온도를 동시에 측정할 수 있으며 한 장의 이미지로 한 포기 전체의 온도 기울기를 볼 수 있다. 밀의 잎과 줄기는 가늘기 때문에 그 배경의 온도와 구분하기가 어려웠다. 그러나 열화상 카메라에 적절한 렌즈를 사용한 결과 문제를 해결할 수 있었으며, 밀 잎에서 세 부분의 온도를 정확하게 측정할 수 있었다. 열화상 카메라의 또 다른 큰 장점은 비파괴적, 비침습적 방법이므로 식물의 온도에 전혀 영향을 주지 않고 측정할 수 있다는 것이다.

미치 포라스가 속한 연구팀은 FLIR T650sc 열화상 카메라에 15㎜ 렌즈, 방사율 0.90으로 밀의 온도 분포를 측정했다. 밀은 습도, 조도, 온도, 풍속, 공기의 흐름 등을 조절할 수 있는 재배실에서 재배하여 외부의 영향을 배제했다. FLIR 열화상 카메라는 온도를 측정하기 전에 약 두 시간 동안 재배실과 같은 환경에 두었으며 밀은 재배실에서 24시간 이상 두어 외부적인 영향을 모두 배제했다. 한 포기 당 10매씩 열화상을 모두 1m 거리에서 촬영하였으며, 실제 경작지와 같은 식재 밀도와 조건 하에서 온도 분포를 측정하였다.

편리한 열화상 카메라
미치 포라스는 실험에 가장 적합한 열화상 카메라를 선정하기 위해서 다른 연구 논문에서 기술하고 있는 기술적인 실험요건을 조사했다. 그 결과, 현재 학계에서 학술연구에 가장 널리 사용되고 있는 T650sc 열화상 카메라가 가장 적합하다는 것을 알 수 있었다. FLIR T650sc는 과학연구용 열화상 카메라로서 640×480 픽셀의 높은 분해능과 작은 스팟 사이즈로 정확한 온도 측정 및 분석이 가능하다. 적외선 유닛은 회전할 수 있어서 빠르게, 가장 편리한 자세로 열화상을 촬영할 수 있다. 고화질의 LCD 터치스크린을 사용하여 밝고 선명한 이미지를 보여주며, 카메라의 설정과 메뉴 사용이 쉽다. 또한 T650sc 열화상 카메라는 FLIR의 독점 기술인 MSX? 및 UltraMaxTM 화질개선 기술을 탑재하고 있다.
미치 포라스는 “FLIR T650sc은 밀의 줄기와 잎 끝의 온도를 정확하게 측정할 수 있으며 전체적인 온도 분포를 이미지로 제공하여 우리는 실험에 필요한 모든 배경 데이터를 얻을 수 있었다. 뿐만 아니라 이 카메라는 사용이 매우 간편하다. 야외나 실험실 등 어떤 환경에서도 항상 쉽고 편리하게 사용 가능 하며 험한 환경에서도 안심하고 사용할 수 있으며 실험실 환경에서도 잘 적응할 수 있었다.”라고 FLIR의 열화상 카메라를 평가했다.