금속 성분이 없고 말랑말랑한 자석

 (Abdon Pena-Francesch holds the soft gel before it is treated with chemicals that give the material its magnetic properties. The colorless precursor can be molded into a variety of shapes—such as capsules that could one day be ingested to deliver medicine. Credit: Brenda Ahearn/Michigan Engineering)

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(The chemical structure of the organic magnet. Brown lines and black nodes show the general layout of the "cross-linking molecules" that serve as the frame for the gel's molecular structure and a cage for the TEMPO molecules (shown in red). The TEMPO molecules are bonded directly to the gel structure. Free electrons on the TEMPO oxygen atoms (shown as dots) give the material its magnetic properties. Credit: Abdon Pena-Francesch/BioInspired Materials Lab, University of Michigan)

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미시건 대학과 막스 플랑크 연구소의 과학자들이 금속 성분이 없을 뿐 아니라 말랑말랑한 자석을 만드는 데 성공했습니다. 최근 주목 받고 있는 소프트 로봇이나 인체 내 임무를 수행하는 마이크로 로봇 등 응용이 기대되는 기술입니다.

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우리가 일상 생활에서 사용하는 자석은 거의 예외 없이 금속 제품입니다. 따라서 금속이 아닌 탄소 기반으로 자성 물질을 만들 수 있다는 사실은 의외이지만, 유기물이라고 해서 자성을 띄지 못할 이유는 없습니다.

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미시간 대학의 압돈 페나-프란체쉬 (Abdon Pena-Francesch) 교수가 이끄는 연구팀은 탄소 기반 물질을 결합해 금속 성분이나 독성 성분이 전혀 없고 생분해가 가능한 말랑말랑한 자석을 만들었습니다.

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이 자석을 이용한 의료 기기를 인체에 삽입하면 굳이 제거할 필료도 없이 자기장의 힘으로 기기를 목적에 맞게 조작한 후 스스로 분해될 때까지 기다리면 됩니다. 예를 들어 자기장으로 약물을 포함한 소프트 자석을 종양이 있는 부위나 감염이 있는 부위로 끌어와 필요한 부분에만 집중적으로 약물을 투입할 수 있는 것입니다.

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문어 다리처럼 말랑말랑하면서 원하는 대로 물건을 잡을 수 있는 소프트 로봇 개발도 더 쉬어질 수 있습니다. 기존의 소프트 로봇은 공기나 물의 압력으로 움직여서 구조가 복잡했지만, 자석을 이용하면 일반적인 로봇과 더 비슷하게 다관절로 움직일 수 있습니다.

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아무리봐도 신기한 유기물 소프트 자석의 핵심 물질은 TEMPO 분자입니다. TEMPO 분자는 원자에 결합하지 않은 자유 전자가 있어 자성을 지닐 수 있습니다. 이 분자를 탄소 기반 물질로 만든 젤 (gel)에 교차 결합으로 붙여 말랑말랑한 소재로 만든 것입니다. (사진) TEMPO의 자성은 강하지 않지만, 대신 1년 정도 유지될 수 있습니다.

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앞으로 말랑말랑 자석이 상용화될 수 있을지 후속 연구 결과가 주목됩니다.

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참고

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https://techxplore.com/news/2024-01-squishy-metal-free-magnets-power.html

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Abdon Pena-Francesch et al, Macromolecular radical networks for organic soft magnets, Matter (2024). DOI: 10.1016/j.matt.2023.12.015