과거 등장한 SF 영화나 미래 기술에 대한 글들에서 나오는 단골 주제 가운데 하나는 혈관을 타고 이동할 수 있을 만큼 작은 미세 로봇입니다. 이런 마이크로 로봇들은 암세포만 골라 파괴하거나 우리몸의 불쾌한 침입자인 박테리아를 제거합니다. 사실 이런 것들은 아직은 모두 상상의 영역이라고 할 수 있는데 사람의 혈관안에 들어가서 자유자제로 이동할 수 있을 만큼 작은 추진 장치가 없기 때문입니다. 물론 그외 다른 부품 역시 마찬가지라고 할 수 있죠. 다만 이런 초미세 로봇에 대한 연구는 활발히 진행 중에 있습니다.
최근 독일 막스 플랑크 연구소의 피어 피셔 교수 (Prof. Peer Fischer at the Max Planck Institute for Intelligent Systems, in Germany) 와 그의 연구팀이 저널 Nature Communications 에 발표한 내용에 따르면 그 크기가 300 미크론 (micron) 에 불과한 초미세 모터를 개발하는데 성공했다고 합니다. 더욱 흥미로운 것은 이 작은 추진 기관이 혈액이나 체액에서 움직이는데 더 최적화 되어 있다는 것입니다.
(초미세 추진 장치 Image: Alejandro Posada/MPI-IS )
이 장치는 우리가 보는 일반적인 전기 모터나 프로펠러와는 전혀 다르게 생겼습니다. 현재 기술수준으로 그렇게 작은 모터와 프로펠러를 만들 기가 매우 어렵기 때문에 연구팀은 더 단순한 해결책을 제시했습니다. 연구팀은 아주 작은 자석을 이용한 액추에이터 두개를 이용해서 조개 처럼 양 날개를 움직여 이동할 수 있는 아주 단순한 메커니즘을 사용했습니다. (아래 동영상 참조)
(동영상)
그런데 사실 이 로봇은 물속에서는 그다지 효율적으로 헤엄칠 수 없습니다. 이를 좀 더 전문적인 용어로 이야기 하면 전단 속도와 관계없이 일정한 점도를 나타내는 유체인 뉴턴 유체 (Newtonian fluid) 안에서 추진력을 내기 어렵다고 설명할 수 있습니다. 뉴턴 유체는 물이나 알코올처럼 분자량이 낮은 물질로 구성된 액체가 대표적입니다. 이런 유체는 흐르니느 속도와 관계없이 끈적이는 정도가 비슷합니다. 실제로는 별로 끈끈하지 않다고 할 수 있죠.
반면 비뉴턴 유체 (non-Newtonian fluid) 는 고분자 용액이나 콜로이드 분산계를 의미합니다. 이 액체 속에서는 입자 상호 작용에 의해 형성된 3 차원적 구조가 흐름에 의해 파괴되어 변하기 때문에 속도에 의해 끈끈한 정도가 변하게 됩니다. 대표적으로 우리의 혈액이나 체액이 이런 비뉴턴 유체라고 할 수 있습니다.
연구팀은 이 작은 조개 같은 추진장치가 그냥 물에서는 속도를 내지 못하지만 비뉴턴 유체안에서는 상당한 추진력을 낼 수 있다는 것을 발견했습니다. (동영상에서 3 분 40 초 이후 참조) 이 추진 장치는 빠르게 접혔다가 느리게 펼쳐집니다. 접히는 과정에서는 끈적이는 정도가 증가하다가 펼쳐지는 과정에서는 감소하므로 이 추진 장치는 비뉴턴 유체안에서 앞으로 쉽게 움직일 수 있습니다. 참고로 동력원은 외부의 자기장입니다.
비로 아직 갈길이 멀기는 하지만 매우 재미있는 장치로써 일단 추진 장치의 크기를 불과 300 미크론 (혹은 0.3 mm) 로 줄였다는 점이 인상적입니다. 향후 실용화 여부는 두고봐야 알겠지만 기발한 아이디어라는 것은 의심할 여지가 없어 보입니다.
참고
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