미국 연구진은 물고기 모양의 밀리미터 크기의 모터를 디자인하고 만들 수 있는 새로운 방법을 개발했다. 이 모터는 물을 정화시킬 수 있다. 이 기술은 이런 모터를 대량으로 만들 수 있고, 다른 분야의 대량 생산에도 큰 영향을 끼칠 수 있다.
화학적 반응을 움직임으로 변환시키는 나노 및 마이크로 크기의 기계들은 수 년 동안에 큰 관심을 끌었다. 그러나 그들은 복잡하고 만드는데 비용이 많이 든다. 현재, 캘리포니아 대학의 샌디에이고 캠퍼스(University of California San Diego)의 연구진은 2차원 밀리미터 크기의 모터를 프린트할 수 있는 간단한 방법을 개발했다. 이 모터는 물고기와 같은 모양을 가지고 있고, 자발적으로 헤엄치면서 특정 기능을 수행하고, 전기 증착, 스퍼터링, 리소그래피와 같은 기존의 제조 프로세스보다 저렴하다.
이 연구는 인조 물고기를 제조할 수 있는 다재다예한 2차원 스크린 프린팅 제조 방법을 소개하고 있다. 이 새로운 스크린-프린팅 방법은 화학적으로 구동되는 다기능성 모터를 대규모로 제조할 수 있는 비용-효율적인 기술이다. 인조 물고기 구조는 중간 몸체, 머리, 꼬리 등이 포함된 몇 개의 프린트된 층으로 구성되고 패턴이 형성된 스텐실을 통해서 서로 다른 기능을 가진 잉크로 프린트되었다. 2차원 물고기-프린팅 방법은 물고기의 형상, 크기, 기능성, 성능을 미세하게 제어할 수 있게 한다.
물고기는 스테인리스 스텐실을 사용해서 기판 위에 적층 식으로 서로 다른 잉크를 증착함으로써 제조되었고, 그 후에 간단한 열적 또는 광학적 경화가 이루어졌다. 각 층을 분리해서 프린팅함으로써 꼬리 속에 촉매를 첨가할 수 있게 한다. 이 촉매들은 산소 버블을 생성함으로써 물고기가 추진력을 가지도록 주위 환경과 반응할 수 있다. 그리고 프린팅 동안에 첨가된 자기 층들은 특정 방향으로 물고기를 이끄는데 사용될 수 있다.
“스크린 프린팅 인쇄 방법은 서로 다른 반응 재료가 서로 다른 기능화를 이룰 수 있기 때문에 기존의 방법에 새로운 혁신을 불러왔다”고 Wang은 말했다. 밀리미터 크기의 스텐실은 물고기의 형상, 크기, 기능성에 대한 제어를 제공하고, 마이크로크기 및 나노크기 모터를 제조할 수 있는 더 고가의 성가신 방법에 비해서 훨씬 더 다재다예하고 낮은 제조비용을 가지고 있다.
스페인의 카타란 나노기술 연구소(Catalan Institute of Nanotechnology)의 나노물질 전문가인 Arben Merkoci는 다음과 같이 말했다. “마이크로크기의 모터를 제조할 수 있는 새롭고 효과적인 방법을 발견하는 것은 매우 흥미롭다. 이러한 대량 제조 방법은 마이크로모터 적용 분야에 새로운 길을 열어 줄 수 있을 것이다.”
가능한 적용으로 ‘환경복원 물고기(remediation fish)`를 들 수 있다. 폐수는 모터를 통과하면서 오염물질을 제거한다. 이런 자율적인 운동과 매우 작은 크기는 물고기가 긴 거리를 효율적이고 신속하게 움직일 수 있게 하고 이것은 폐수 정화 시간을 단축할 수 있다는 것을 의미한다. 이 연구결과는 저널 RSC Advances에 “Self-propelled screen-printable catalytic swimmers”라는 제목으로 게재되었다(DOI: 10.1039/C5RA16615B).
출처 KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』
