끈적끈적한 점액 속을 헤엄치는 최초의 광 구동 마이크로 로봇

우리 주변에는 박테리아, 섬모, 편모가 점성 영역의 제약을 극복하기 위해 진화한 숨겨진 미시적 우주가 도사리고 있다.

자연에서 영감을 받은 로봇 전문가들은 점액과 같은 복잡한 끈적끈적한 환경을 탐색할 수 있는 인공 수영자를 만들기 위해 노력해 왔다. 그리고 이제 상당한 진전이 이루어졌다.

점성 액체에서 자율적으로 움직일 수 있는 최초의 광구동, 토로이드형 마이크로 로봇이 설계되었다.

핀란드 탐페레 대학과 중국 안후이 젠주 대학의 연구진이 이 소프트 로봇을 만들었다.

특수 소재로 만든 소프트 로봇

미시적 수준에서 수영하는 것은 점성력의 압도적인 저항으로 인해 엄청나게 어렵다. 마치 인간이 진한 꿀 속을 수영하려는 것과 같다. 모든 움직임이 상당한 저항에 부딪힌다.

미생물은 수천 년 동안 점성 환경을 탐색하기 위해 영리한 전략을 발전시켜 왔다.

예를 들어, 대장균은 나선형 운동을 사용하고, 섬모는 동기화된 파동으로 움직이며, 편모는 채찍질과 같은 타격을 사용하여 힘든 주변 환경을 탐색한다.

그렇다면 이러한 토로이드 모양의 마이크로 로봇은 어떻게 이러한 과제를 극복할까? 새로 개발된 작은 로봇은 액정 엘라스토머라는 특수 합성 소재로 구동된다.

이 엘라스토머는 레이저와 같은 외부 자극에 반응한다. 가열되면 특수한 제로 탄성 에너지 모드(ZEEM)로 인해 자율적으로 회전한다. 회전은 정적 및 동적 힘의 상호 작용으로 인해 발생한다.

탐페레 대학교의 박사 연구원이자 이 연구의 첫 번째 저자인 지슈안 뎅(Zixuan Deng)은 "이 연구의 의미는 로봇 공학을 넘어 의학 및 환경 모니터링과 같은 분야에 영향을 미칠 가능성이 있다. 예를 들어, 이 혁신은 생리적 점액을 통한 약물 전달과 장치 소형화 후 혈관 막힘을 해소하는 데 사용될 수 있다."라고 말했다.

의료 분야에서의 잠재적 활용

1977년 물리학자 에드워드 퍼셀은 마이크로스케일 수영이라는 개념을 도입했다. 그는 점성 환경을 항해하기 위한 잠재적 솔루션으로 토로이드 모양(도넛 모양)을 제안했다.

그러나 그 약속에도 불구하고 지금까지 토로이드 수영 선수를 성공적으로 만든 사람은 없다.

흥미롭게도 토로이드 디자인을 기반으로 한 이 소프트 로봇 개발은 수영 로봇을 제어하기 쉽게 만들었다. 더 이상 그런 화려하고 복잡한 디자인이 필요 없다. 이 로봇은 단일 광선을 사용하여 움직이고 제로 탄성 에너지 모드(ZEEM)를 사용하여 어디로 가야 할지 파악한다.

"우리의 혁신은 Stokes 체제에서 3차원 자유 수영을 가능하게 하고 미세유체 환경과 같은 제한된 공간을 탐험할 수 있는 새로운 가능성을 열어준다. 또한 이 토로이드 로봇은 환경에 적응하기 위해 롤링 모드와 자체 추진 모드를 전환할 수 있다."라고 뎅은 보도 자료에서 덧붙였다.

이것은 어려운 곳에서 움직일 수 있는 작은 로봇을 만드는 데 있어서 큰 진전이다. 의학과 환경을 깨끗하게 유지하는 데 도움이 될 수 있다.

앞으로 이 팀은 이러한 여러 로봇이 서로 상호 작용하고 함께 일하는 방식을 연구할 계획이다. 이를 통해 "이러한 지능형 마이크로 로봇 간의 새로운 의사소통 방법"이 생길 수 있다.

또 다른 최근 개발에서 연구자들은 생물의 움직임을 모방하는 바이오 하이브리드 로봇을 만들었다.

IE는 이 로봇이 "정확한 무선 제어 및 탐색을 가능하게 하는 인공 두뇌"를 가지고 있다고 보고했다. 왼쪽 또는 오른쪽 지느러미를 선택적으로 펄럭이고 특정 뉴런을 자극하여 이동 속도를 조절할 수 있다.

이 기술은 잠재적으로 생물처럼 수영하고, 걷고, 잡을 수 있는 기계를 만드는 데 사용될 수 있다.