동물 생체 조직으로 움직이는 하이브리드 로봇 개발

동물의 생체조직과 고분자 탄성체를 결합해 전기를 이용하지 않고 움직이는 로봇이 국내외 연구진에 의해 세계 최초로 개발됐다. 최정우 서강대 화공생명공학과 교수와 케빈 파커 하버드대 교수 등으로 구성된 '서강-하버드 질병 바이오물리연구센터 공동연구팀'은 전기 없이 물 속에서 움직일 수 있는 가오리 로봇을 개발했다고 8일 밝혔다. 동물 세포 등 생체물질과 무기물로 구성된 기계 부분이 결합된 로봇은 흔히 ‘바이오 하이브리드 로봇’이라 부른다.

연구팀은 빛의 자극에 반응하는 생쥐 심장근육세포를 배양했다. 근육이 빛의 빈도에 따라 수축 및 이완하도록 변형한 것이다. 그런 다음 쉽게 휘어지는 3차원 고분자 탄성체로 가오리 모양을 만들었다. 그 위에 금으로 만든 뼈대를 올렸고 다시 고분자 탄성체를 한 층 더 쌓았다. 마지막으로 배양한 생쥐 심장근육세포를 만든 근육조직을 붙였다.

생물 가오리의 모습과 내부 구조(위쪽). 가오리 바이오 하이브리드 로봇을 만드는 과정을 담은 그림과 로봇의 작동 원리(아래쪽). 동일한 빛을 쪼이면 앞으로 이동하고 빛의 크기를 달리하면 빛의 크기가 약한 쪽으로 로봇의 몸이 틀어진다.

이렇게 만든 가오리 로봇은 16.3㎜로 엄지 손톱보다 조금 더 크다. 이 로봇에 빛을 쬐면 근육이 수축과 이완을 반복하면서 움직인다. 유전자 변형을 통해 생쥐의 심장근육세포가 빛을 받으면 움직이도록 변형했기 때문이다. 하이브리드 로봇의 움직임은 물속에서 유영하는 실제 가오리와 유사하다. 속도는 초속 2.5㎜ 정도다. 최정우 서강대 교수는 “이번 연구를 통해 생체조직과 기계가 결합된 바이오 로봇을 개발할 수 있는 길을 열었다”며 “향후 인공지능 기술과 결합해 인간과 같은 로봇 개발까지 확장할 수 있는 토대를 마련했다”고 말했다.

'서강-하버드 질병 바이오물리연구센터 공동연구팀'은 미래창조과학부가 지원한 해외우수연구기관유치사업(GRDC)으로 국내 연구기관과 글로벌 수준의 해외 우수연구기관이 공동연구센터를 설치해 상호 인력교류를 통해 공동연구를 수행할 수 있다는 장점이 있다. 이번 연구 결과는 국제 학술지 사이언스(Science)지 최신호에 표지 논문으로 게재됐다.

강기헌 기자 emckk@joongang.co.kr