DGIST 연구팀, 짚신벌레처럼 움직이는 '섬모 마이크로로봇' 개발

 

아주경제 신희강 기자 = 대구경북과학기술원(DGIST) 연구팀이 짚신벌레처럼 약물 및 세포를 전달하고, 정확한 제어가 가능한 로봇을 개발했다.

DGIST는 로봇공학전공 최홍수 교수 연구팀이 짚신벌레의 섬모운동을 모방, 혈액 등과 같이 점성이 높은 체내 유체 환경 내에서 추진효율이 뛰어난 '섬모 마이크로로봇'을 개발했다고 2일 밝혔다.

최 교수 연구팀은 이론적으로만 알려진 미생물의 섬모운동을 적용해 세계 최초로 섬모 마이크로로봇을 제작하는데 성공했다.

미생물의 추진방법인 나사선 추진운동, 진행파동운동을 적용한 마이크로로봇은 스위스 취리히연방공과대학, 네델란드 트벤테대학, 미국 하버드대학 등에서 구현한 바 있다. 하지만 섬모운동을 활용해 앞으로 나아가는 마이크로로봇의 개발은 다수의 섬모가 달린 미세구조물 제작 및 비대칭적 구동의 어려움 등으로 개발 사례가 전무한 실정이다.

최 교수 연구팀은 3차원 레이저 공정 기술 및 정밀 금속 코팅을 이용해 광경화성폴리머 소재에 니켈과 티타늄을 코팅한 섬모 마이크로로봇을 제작했다.

또한 비대칭적 자기장 인가 기술을 활용해 섬모 마이크로로봇의 속도 및 추진효율이 기존의 자기장 끌림 구동 방식으로 움직이는 마이크로로봇에 비해 월등히 높다는 사실을 확인했다.

길이가 220 마이크로미터, 높이가 60 마이크로미터인 섬모 마이크로로봇의 최대속도는 초당 340 마이크로미터다. 이는 기존에 사용해왔던 자기장 끌림 구동 방식으로 움직이는 마이크로로봇에 비해 최저 8.6배에서 최대 25.8배의 이동속도에 달한다.

자기장을 이용한 실험에서 방향 전환도 자유자재로 가능해 직경 80 마이크로미터의 구체를 밀어서 목표 지점에 전달할 수 있는 것으로 파악됐다. 때문에 점성이 높은 체내 환경에서 지금까지 개발된 마이크로로봇들보다 많은 양의 약물 및 세포를 목표 지점까지 전달할 수 있을 전망이다.

최 교수는 “지금까지 구현하지 못했던 섬모의 비대칭적 왕복운동을 모방한 마이크로로봇을 정밀 3차원 제작기술 및 자기장 제어 기술을 통해 개발했다”며 “체내에서 효율적으로 움직이고 작동할 수 있는 마이크로로봇을 꾸준히 연구해 약물 및 세포 전달, 체내 비침습적 수술 등에 활용할 수 있도록 지속적으로 노력하겠다”고 말했다.

이번 연구 성과는 네이처의 자매지인 ‘사이언티픽 리포트(Scientific Reports)’ 지난달 29일자 온라인판에 게재됐다. DGIST 로봇공학전공 최홍수 교수가 교신저자, 로봇공학전공 김상원 박사과정 학생이 제1저자로 참여했다.