사진. Wyss Institute at Harvard

의사가 절개 부위에 작은 카메라를 삽입해 수술하는 최소 침습 복강경 수술은 안전성을 높이는 데 효과적이다. 특히 최근 수술용 로봇이 수술실에 등장하면서 외과의가 기존 기술에서 가능한 것보다 더 높은 정밀도, 유연성 등을 확보할 수 있게 됐다. 그러나 이와 같은 로봇 시스템은 섬세한 조직 및 구조보다 훨씬 크다는 단점이 있어, 그간 수술 작업에서의 접목에 어려움을 겪어왔다. 

하버드 대학 부설 와이스 생물감화공학 연구기관(Wyss Institute at Harvard)은 수술용 로봇 크기로 축소한 미니-RCM(Mini-RCM)을 개발했다. 이 로봇은 3개의 선형 액추에이터(Mini-LA)에 의해 제어돼 여러 차원으로 움직일 수 있고, 원격작동 중 손떨림 및 기타 장애를 수정하는 데 도움이 된다.

연구팀은 소형 수술로봇을 만들기 위해 실험실에서 개발된 팝업 멤스(Pop-Up MEMS) 제조 기술을 사용했다. 이 기술은 재료가 서로 결합된 층으로 적층된 다음 특정 패턴으로 레이저 절단된다. 해당 기술은 원하는 3차원 모양이 팝업되도록 하는데, 이는 복잡한 구조를 크게 단순화할 수 있다는 장점이 있다.

아울러 연구팀은 로봇의 주요 구조 역할을 하는 평행 사변형 모양을 만든 다음 로봇의 움직임을 제어하기 위해 3개의 선형 액추에이터를 제작했다. 이 액추에이터는 전기장이 가해지면 모양이 변하는 압전 세라믹 소재를 중심으로 제작된 것으로, 러너 유닛을 선로 위의 기차처럼 레일 유닛을 따라 밀고 그 선형 모션을 활용해 로봇을 움직인다.

뿐만 아니라 연구팀은 모양이 변함에 따라 본질적으로 변형되는 압전 재료의 특성을 고려, LED 기반 광학 센서를 선형 액추에이터에 통합해 손 떨림으로 인한 움직임과 같은 원하는 움직임의 편차를 감지 및 수정했다.

한편 이 미니-RCM은 테스트 결과 수동 조작에 비해 오류를 68% 줄일 수 있는 것으로 나타났다. 연구팀들은 해당 로봇이 향후 수술의 안전성과 효율성을 개선함은 물론 정밀함이 요구되는 인체에서 크게 활약할 것으로 보고 있다.