세상에서 가장 작은 생물이 끄는 도구

 

(Scanning electron microscope images of the two micromachines. These photos show the “scooter” (on the left) and “rotator” (on the right). Each micromachine was observed in detail and using motion tracking for 70 seconds at a time over several hours. The scale bar length is 10 microns (0.01 millimeter). © 2024 The Shoji Takeuchi Research Group at the University of Tokyo)

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(The basket trap. These algae are only 10 micrometers in size. They use two flagella at the front to move, similar to a swimmer’s breaststroke, which made fixing them in traps without inhibiting their movement a challenge. The team experimented with four different-sized structures before selecting this final one. © 2024 The Shoji Takeuchi Research Group at the University of Tokyo)

​(Microscopic scooter. Rather than a simple one-direction movement as expected, the scooter displayed dynamic turns, rotations and an impressive series of back-flips that an extreme sports athlete would be proud of. © 2024 The Shoji Takeuchi Research Group at the University of Tokyo)

​(The "Rotator" micromachine spins under the power of four algae. Credit: The Shoji Takeuchi Research Group at the University of Tokyo)

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도쿄 대학의 과학자들이 다른 생물이 끄는 탈 것 중 역사상 가장 작은 장치를 개발했습니다. 그 주인공은 동물이 아닌 식물로 단세포 조류 (algae)인 클라미도모나스 레인하르티(Chlamydomonas reinhardtii)입니다. 지름 10마이크로미터의 작은 단세포 조류인 클라미도모나스는 전 세계 바다 어디에서든 흔히 볼 수 있는 녹조류입니다. 이들은 두 개의 편모를 이용해 빠르게 헤엄치는 것으로도 유명합니다. 최고 속도는 초당 100마이크로미터 수준으로 자신의 몸의 10배에 달하는 길이는 1초 동안 움직입니다.

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도쿄 대학의 오다 하루카 (Haruka Oda)가 이끄는 연구팀은 이 작은 조류가 마이크로 3D 구조물을 끌고 이동할 수 있을 것으로 보고 적당한 형태의 구조물을 만들었습니다. 이들이 만든 마이크로 바스켓 트랩 (basket trap)은 7, 10, 13 마이크로 미터의 고리 세 개가 결합한 구조로 클라미도모나스가 탈출하기는 어렵지만, 긴 편모를 쉽게 움직일 수 있는 공간을 확보할 수 있습니다. (사진)

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연구팀은 두 마리의 클라미도모나스가 앞으로 전진하는 형태의 구조물인 스쿠터(scooter)와 네 마리의 클라미도모나스가 마치 대관람차처럼 회전하는 로테이터 (Rotator)라는 두 가지 구조물을 만들어 테스트했습니다. 그 결과 의도한대로 앞으로 전진하거나 회전하는 모습을 보였습니다. (이미지 참조)

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과연 실용성이 있느냐는 의문은 들지만, 신기한 연구임에는 틀림 없어 보입니다. 연구팀은 미세 조류를 동력원으로 사용하는 이 마이크로 로봇이 수중 환경을 모니터링 하거나 오염 물질을 제거하는 일 등에 사용될 수 있을 것으로 기대하고 있습니다.

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참고

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https://newatlas.com/biology/algae-micromachine-worlds-smallest-horse-cart/

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https://www.u-tokyo.ac.jp/focus/en/press/z0508_00362.html

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Haruka Oda, Naoto Shimizu, Yuya Morimoto, and Shoji Takeuchi, "Harnessing the Propulsive Force of Microalgae with Microtrap to Drive Micromachines," Small, 20, 2402923: July 7, 2024, doi:10.1002/smll.2024029