과거 SF 물이나 상상도를 보면 세포만큼 작은 로봇들이 혈관을 누비면서 암세포나 박테리아를 처리하는 내용들이 등장합니다. 물론 이는 아직은 상상의 영역이긴 하지만 실제로 이정도 수준까지 작은 마이크로 로봇을 개발하기 위한 연구는 진행중에 있습니다. 이런 초미세 공정이 가능하다면 산업 여러 분야에서 응용할 여지가 매우 크기 때문이죠.
최근 퍼듀 대학의 데이빗 카펠 교수 (David Cappelleri, an assistant professor of mechanical engineering at Purdue University) 와 그의 동료들은 이와 같은 초미세 로봇에 사용될 수 있는 센서를 개발하는데 성공했다고 합니다. 사실 세포 하나를 움직일 수 있을 만큼 작은 로봇은 이미 개발이 되어 있었습니다. 하지만 문제는 이 로봇을 어떻게 조작하는지 입니다.
정확한 위치에서 원하는 세포나 조직을 밀거나 이동시키기거나 혹은 파괴하기 위해서는 정확히 목표를 확인하고 동작할 수 있어야 합니다. 이는 초미세 모터 개발 보다 훨씬 어려운 문제였습니다. 퍼듀 대학의 연구자들은 마이크로뉴턴 (micronewton) 단위의 힘을 컨트롤 할 수 있는 마이크로센서를 개발했는데 중요한 것은 그 가격이 매우 저렴하다고 합니다.
(1 센트 동전과 마이크로 센서 로봇의 크기 비교 This image shows a "microforce-sensing mobile microrobot" juxtaposed against a U.S. penny. The device is being developed at Purdue University. Credit: Purdue University )
(1 센트 동전과 마이크로 로봇의 크기 비교 This is a side view of the microrobot next to a U.S. penny. Credit: Purdue University )
이 광학 기반 마이크로 포스 센서 "vision-based micro force sensor end-effector" 는 과거에 개발되었던 비교적 고가인 atomic force microscope 같은 마이크로 센서를 대체할 수 있을 것이라고 연구팀은 기대하고 있습니다. 아무리 마이크로로봇을 저렴한 가격에 대량생산할 수 있더라도 센서가 엄청나게 비싸다면 무용지물이기 때문입니다.
다만 연구팀은 이 센서를 사용한 마이크로 로봇이 당장에 인체에 들어가 암세포를 처치하는 대신 연구에 먼저 사용될 수 있을 것으로 예상했습니다. 예를 들면 세포들이 미세한 힘에 어떻게 반응하는지 연구할 수도 있고 특정 세포 (줄기 세포 같은) 를 골라내 일렬로 세울 수도 있습니다. 임상에서 실제 마이크로 로봇을 응용하는 것은 설명 가능하다고 해도 안전성 등 문제를 해결해야 하기 때문에 다소 먼 미래의 이야기가 될 가능성이 높습니다. 반면 연구는 그렇지 않겠죠.
연구팀이 개발한 센서는 700 평방 미크론 (micron square) 크기의 마이크로 로봇에 사용될 수 있다고 합니다. 물론 1 mm X 1 mm 도 되지 않은 작은 크기이긴 하지만 아직도 세포 단위의 컨트롤에는 많이 크다고 말할 수 있습니다. 향후 이 크기를 500 평방 미크론 이하 사이즈로 줄이기 위해 연구팀은 노력하고 있다고 하네요. 그렇게 되면 아마도 로봇의 크기가 1 센트 동전의 "E" 글자의 절반 크기로 감소할 것이라고 합니다.
확실히 이는 놀라운 성과이지만 앞으로 갈길은 먼 상태입니다. 향후 연구팀은 마이크로 로봇에 센서를 탑재하는 것은 물론 자율적으로 움직일 수 있는 능력을 부여하기 위해 연구를 집중할 계획도 가지고 있다고 합니다. 과연 앞으로 얼마나 작은 로봇을 만들 수 있을지 궁금하네요.
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