▲ 형상기억합금 마이크로 로봇의 활용 상상도

서울대 공대 기계항공공학부 안성훈 교수팀이 빛으로 움직이는 세포 크기의 마이크로 로봇을 개발했다.

안성훈 교수팀이 개발한 로봇은 길이 65 μm, 폭 25 μm, 높이 8 μm로 인체의 체세포와 비슷한 크기다. 니켈-티타늄 형상기억합금을 집속이온빔으로 가공해 만들어졌으며, 길이 방향으로 왕복 운동하는 구동기, 바닥과 접촉하는 다리, 미세 바늘로 구성돼 있다.

이 로봇은 레이저의 에너지를 이용해 최대 10 μm/s의 속도로 직선 운동을 하고, 최소 5 μm의 회전반경으로 곡선 운동을 할 수 있다. 로봇에 레이저를 비추면 형상기억 효과와 광열 트래핑 효과(optothermal trapping)에 의해 움직인다.

▲ 형상기억합금으로 제작된 마이크로 로봇

광열 트래핑 효과는 빛 에너지가 물체에 흡수되어 열 에너지로 전환되고, 물체 주변의 온도 변화에 의해 힘이 발생하는 현상이다. 특히 안 교수팀이 개발한 로봇은 2018년 노벨 물리학상을 수상한 광학 집게(optical tweezer) 방식과 달리, 투명하지 않은 마이크로 스케일 물체도 조작할 수 있다는 게 장점이다.

논문 제1저자인 서울대 김민수 박사(서울대 인간중심소프트로봇기술연구센터)는 “이 로봇은 기존의 마이크로 로봇 연구와 달리 생체적합재료인 형상기억합금으로만 제작됐다”며, “레이저 스캐닝으로 비교적 단순하게 로봇을 컨트롤할 수 있다”며 마이크로 로봇의 특징을 설명했다.

교신 저자인 서울대 안성훈 교수는 “전원이나 전자회로 없이, 빛으로 구동되고 형상기억합금으로만 만들어진 마이크로 로봇을 최초로 개발한 데 의의가 있다”며, “향후 인체 내부와 유사한 환경에서 구동되는 조건을 찾는다면, 질병을 치료하거나 세포를 분류하는 생명과학 분야에 활용될 것”이라고 말했다.

이 연구는 국제학술지 어드밴스드 머티리얼스 테크놀로지스(Advanced Materials Technologies) 12월호 표지 논문(Front cover)으로 발표됐으며, 한국연구재단의 중견연구자 지원사업(전략과제), ADD 특화센터 등의 지원을 받아 수행됐다.