▲ 바이오하이브리드 로봇의 주요 구성

일본 도쿄대 타케우치 쇼지(竹内昌治) 교수 연구팀이 생물학적 근육과 인공 골격을 결합한 2족 바이오 하이브리드 로봇을 개발했다고 지난 26일 밝혔다.

이 로봇은 물속에서 걷고, 방향을 전환할 수 있다. 타케우치 쇼지 교수는 근육과 기계를 융합한 바이오 하이브리드 로봇(BHR) 분야의 전문가다. 지난 2022년 인간 피부 세포를 활용해 살아있는 피부를 갖고 있는 로봇 손가락을 개발해 주목을 받았다.

연구팀에 따르면 전형적인 바이오 하이브리드 로봇은 직선으로 이동하거나 크게 회전 동작을 수행할 수 있지만, 좁은 공간에선 미세한 동작을 수행하는 데 어려움을 겪는다. 이 때문에 수색 구조 작업이나 많은 장애물이 있는 지역에선 사용하기에 부적합하다.

도쿄대 연구팀이 개발한 로봇은 아주 작은 보폭으로 이동하거나, 한쪽 다리를 축으로 회전할 수 있다. 다만 이 로봇은 실험실에서 자란 근육이 공기에 노출되면 빠르게 말라버리기 때문에 지금은 물 속에서만 동작한다. 연구팀은 앞으로 보다 두꺼운 근육을 사용하고, 이를 인공피부로 덮고, 스스로 영양을 공급받으면 물속에서 뿐 아니라 땅에서도 걸을 수 있을 것으로 보고 있다.

타케우치 쇼지 교수는 “생체 조직을 로봇의 일부로 통합함으로써, 우리는 살아있는 유기체의 우수한 기능을 활용할 수 있다. 이번 연구에서 우리는 실험실에서 자란 골격근 조직을 유연한 인공 다리, 그리고 3D 프린팅으로 제작한 발과 결합했다. 다리를 움직이기 위해 근육 조직을 사용함으로써 효율적이고, 조용하며, 부드러운 터치를 특성으로 하는 소형 로봇을 만들 수 있었다”라고 말했다.

▲ 바이오 하이브리드 로봇의 동작 단계별 특성

연구팀은 근육 조각(strips)을 만들기 위해 틀 안에서 골격근을 키웠다. 이렇게 만들어진 근육 조직은 너무 건조해지면 움직일 수 있는 능력을 잃는다. 이를 차단하기 위해 로봇이 물에 매달려 있도록 설계했다.

이 로봇은 물 위에 뜨는 스티렌 보드(floating styrene board), 유연한 실리콘 재질의 몸체, 아크릴 수지 다리, 3D 프린터로 제작된 발로 만들어졌다. 2개의 근육 조각을 몸체에서 발까지 연결해 다리를 완성했다.

연구팀은 뇌가 움직이기 위해 몸에 전기 신호를 보내는 것과 비슷하게, 전기를 전달하기 위해 손으로 들 수 있는 금 전극을 사용해 다리에 자극을 주었다. 5초 간격으로 각 다리를 자극하자 로봇은 분당 5.4mm 속도로 움직였다.

연구팀은 "바이오 하이브리드 로봇은 근육의 수축력, 유연한 몸체의 회복력, (로봇) 무게에 작용하는 중력, 물에 뜨는 힘인 부력 등 네 가지 힘의 균형을 효과적으로 유지함으로써 2족 보행으로 전진과 선회 동작을 수행하는 데 성공했다"고 말했다.

이번 연구는 전문 학술지인 ‘매터(matter)’에 발표됐다(논문 제목:Biohybrid bipedal robot powered by skeletal muscle tissue)