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산호 폴립에서 영감 얻은 초소형 로봇, 바닷속 정화한다광역학 중합체로 만든 로봇 촉수가 자석과 빛의 영향으로 물 속의 작은 입자 포착
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승인 2020.07.20  10:33:04
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▲돌기 모양의 산호와 그 끝에 솟아나온 촉수. 크기는 1인치(2.5cm)가 채 안된다. (사진=위키미디아)

산호의 폴립(돌기)과 촉수에서 영감을 받아 만들어진 1cm에 불과한 초소형 로봇이 오염된 해저를 정화해 준다.

‘뉴아틀라스’는 15일(현지시각) 네덜란드 아인트호벤 공대 연구원들이 작은 촉수를 가진 산호초 폴립에서 영감을 받아 만든 자석과 빛으로 제어되는 로봇에 주목했다.

연구팀은 물속에서 물체를 잡거나 방출할 수 있는 로봇의 촉수를 활용, 오염물질을 수집하고 생물의학의 도구가 될 세포를 포획하는 용도로 사용할 수 있기를 기대하고 있다.

이 무선 해저 로봇은 작고 부드러운 유기체인 산호의 폴립에서 영감을 받아 만들어졌다. 산호는 대규모로 모여서 산호초를 형성한다. 이 작은 생물들은 특정 움직임을 통해 작은 물흐름(currents,조류)을 만들어 내는 작은 중심 줄기(center stem)를 특징으로 하고 있으며, 이는 자신들의 촉수가 먹이입자를 잡을 수 있도록 끌어당기는 역할을 한다. 연구자들은 이 과정에서 몇 가지 흥미로운 가능성을 보았다.

연구 저자인 마리나 필즈 다쿤하는 “이 산호 폴립의 움직임, 특히 스스로 만든 조류(currents)를 통해 주변 환경과 상호작용하는 능력에서 영감을 받았다"고 설명한다.

▲아인트호벤 공대 연구팀은 초소형 로봇을 비커에 담고 그 아래에서 자석을 회전시켜 비커 안의 로봇 줄기를 움직이게 했다. 이들은 실제 산호처럼 자신의 주변 물에 조류(current)를 발생시켰고 물 속 오염 입자를 끌어 들였다. 촉수는 빛의 다른 파장에 반응하는 광역학 중합체로 만들어져 자외선에 노출되면 산호의 촉수처럼 ‘잡는(grabbing)’동작으로 반응하고, 청색에 노출되면 ‘(촉수를)푸는(releasing)’ 동작으로 반응한다. (사진=아인트호벤 공대)

다쿤하 연구팀은 로봇을 비커에 담고 그 아래에서 자석을 회전시켜 비커 안의 로봇 줄기를 움직이게 함으로써 이들이 실제 산호처럼 자신의 주변 물에서 조류를 발생시키도록 했다. 이 움직임은 물 속 오염 입자를 끌어들이는 효과가 있는데, 이때 빛에 의해 활성화된 촉수들이 그 자리를 대신하게 된다. 이들은 다른 빛의 파장에 달리 반응하는 광역학(photo-mechanical) 중합체로 만들어진다. 이 촉수들은 자외선(UV)에 노출되면 ‘잡는(grabbing)’ 동작으로 반응하고, 청색에 노출되면 ‘촉수를 푸는(releasing)’ 동작으로 반응한다.

연구진은 이런 성질을 응용, 자석과 빛으로 물속에서 작은 물체를 잡을 수 있는 펼친 길이 1cm에 불과한 소프트 로봇을 만들었다.

필즈 다쿤하 박사는 “두 가지 다른 자극을 결합하는 일은 섬세한 재료 준비와 조립을 필요로하기 때문에 드물지만, 복잡한 형태 변화와 작업을 할 수 있도록 해주기 때문에 무선(untethered) 로봇을 만드는 것은 흥미롭다”고 설명했다.

그녀의 연구팀은 실험을 통해 이 로봇이 물 안에서 기름 방울을 재빠르게 잡게 함으로써 이 로봇의 능력을 보여 주었다.

연구진은 이 로봇이 다른 파장의 빛에 노출될 때까지 ‘잡기 상태(grabbing state)’와 같은 새로운 형태를 유지하게 만들 수도 있었다. 다쿤하 박사는 “빛은 로봇의 그리퍼(gripper)를 조절하는 데 도움을 준다. 로봇이 일단 무언가를 잡았다면, 다시 한번 빛을 쬐어 이를 풀어줄 때까지는 그것을 계속 붙잡고 있을 수 있다”고 말했다.

연구팀은 자신들을 도와 입자를 운반함으로써 다음 단계로 넘어가게 해 줄 작은 로봇집단을 만들려고 노력하고 있다.

이들은 이 로봇들이 장차 첨단 진단 장치의 일부로서 특정 세포를 캡처하고 운반하는 작업을 하게 될 것이라는 기대도 하고 있다. 이 연구 결과는 미국 국립과학원(National Academy of Sciences)저널을 통해 볼 수 있다. 아래 동영상은 이 무선 수중로봇이 물을 정화하고 세포를 운반할 수 있다는 것을 보여준다.

이성원  sungwonly09@gmail.com
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