짚신벌레처럼 움직이는 섬모마이크로로봇

디지스트 로봇공학전공 최홍수 교수팀 세계최초 개발

짚신벌레 섬모운동 모방 노 젓기 식 추진력 얻어

혈액 등 점성 높은 유체 환경 추진효율 뛰어나

디지스트 최홍수(왼쪽) 로봇공학전공 교수와 김상원 박사과정 재학생.

디지스트 최홍수 교수 연구팀이 개발한 실물 섬모마이크로로봇 전자현미경 사진(맨 아래 d, e)과 크기, 제작과정(c), 짚신벌레(a), 규격(b) 사진.

단세포 생물인 짚신벌레의 섬모운동처럼 추진력을 얻는 섬모 마이크로로봇이 대구경북과학기술원(DGIST, 디지스트) 연구팀에 의해 세계 최초로 개발됐다. 기존의 마이크로로봇보다 속도가 훨씬 빨라 몸 속 특정 부위에 약물이나 세포를 전달, 진단ㆍ치료하는데 효율적으로 사용할 수 있을 것으로 기대된다.

디지스트는 이 대학 로봇공학전공 최홍수 교수 연구팀이 초미세 3차원 가공기술과 앞뒤, 상하 등 비대칭적 자기장 구동기술을 이용해 이론적으로만 알려진 짚신벌레의 섬모운동을 적용한 마이크로로봇을 세계 최초로 개발했다고 2일 밝혔다.

최 교수팀에 따르면 사람 몸 속처럼 점성이 높은 환경에서 마이크로로봇이 추진력을 가지려면 일반적인 방법으론 어려워 미생물의 나사선 추진운동이나 진행파동형운동, 섬모의 비대칭적 왕복운동 등의 추진법을 응용한다. 지금까지 나사선 추진운동이나 진행파동형운동을 응용한 방법은 스위스, 네덜란드, 미국 등 선진국 대학에서 구현하는데 성공했으나 섬모운동을 활용한 것은 이번이 처음이다.

최 교수팀이 제작한 로봇은 머리카락 굵기(평균 100㎛) 2배 가량인 길이 220㎛, 높이 60㎛로, 최대 속도는 초속 340㎛로 기존에 자기장을 이용해 끄는 방식의 마이크로로봇보다 8.6~25.8배나 빠르다. 몸통 좌우 섬모 끝에 금속을 코팅, 몸 속에 투입한 뒤 외부에서 자기장을 가해 섬모가 움직이도록 해 추진력을 얻게 된다. 이 로봇은 레이저를 쪼인 부분만 딱딱해지는 광경화성폴리머라는 소재에 3차원 레이저공정기술 및 정밀 금속 코팅기술을 이용해 니켈과 티타늄을 코팅하는 방식으로 제작했다.

자기장을 이용한 실험에서도 자유롭게 방향도 전환할 수 있고, 직경 80㎛ 크기의 둥근 물체를 밀어서 목표 지점에 전달하는데 성공했다.

최홍수 교수는 “지금까지 하지 못한 섬모의 비대칭적 왕복운동을 모방한 마이크로로봇을 정밀 3차원 제작기술 및 자기장 제어 기술을 통해 개발했다”며 “기존의 자기장끌림 마이크로로봇보다 약물이나 세포를 체내에 전달하는데 훨씬 효율적이고, 인체에 고통을 주지 않고 하는 비침습적 수술 등에 활용할 수 있을 것”이라고 말했다.

이번 연구 성과는 네이처지 자매지인 사이언티픽 리포트 29일자 온라인판에 게재됐다. 최 교수가 교신저자, 김상원 로봇공학전공 박사과정생이 제1저자로 참여했다.

정광진기자 kjcheong@hankookilbo.com