모래알보다 더 작은 로봇을 개발하기 위한 하나의 단계로 미국 미시건 대(University of Michigan)의 연구자들이 자기 조립이 가능한 입자의 사슬이 소형 기계에서 어떻게 전기적으로 구동되는 근육이 될 수 있는지를 보였다.

마이크로봇(microbot)이라고 불리는 이 로봇은 특히 의료 및 제조 분야를 포함하여 많은 분야에서 사용될 수 있다. 그러나 현재의 기술과 공상과학소설의 가능성 사이에 여러 난관이 존재한다. 이러한 어려운 도전과제 가운데 두 가지는 이러한 소형 로봇을 만드는 것과 이를 이동하도록 만드는 것이다.

"우리는 현미경 로봇(microscopic robot)이라는 아이디어에서 영감을 얻었다. 현미경 로봇은 서로 협력하고, 이전에 결코 가능하지 않았던 장소에 갈 수 있다"고 미시건 대의 화학공학과 교수인 마이클 솔로몬(Michael Solomon)이 말했다.

마이클 솔로몬 교수 연구진은 금도금과 교류 전기장이 길쭉한 입자가 사슬 형태를 형성하도록 도울 수 있으며, 이러한 사슬은 전기장이 인가되었을 때 약 36퍼센트까지 연장될 수 있다는 것을 시연하였다.

"나노기술 분야에서 지금 현재 진실로 중요한 것은 구조물이 되도록 조립하는 것뿐만 아니라 변경하거나 형상 전이가 될 수 있는 구조로 조립하는 것"이라고 미시건 대의 화학공학과 교수인 샤론 글로처(Sharon Glotzer)가 말했다. 샤론 글로처 교수 연구진은 사슬이 어떻게 성장하며 동작할 수 있는지는 설명하도록 돕는 컴퓨터 시뮬레이션을 개발하였다.

형상 전이(shape-shifting)를 만드는 혁신은 입자의 거동을 제어하기 위하여 전기장을 추가한 것이라고 샤론 글로처 교수 연구진 소속으로 박사과정생인 아유쉬 샤(Aayush Shah)가 말했다. "이러한 입자들은 놀이터에 있는 어린이와 같다. 입자들은 스스로 흥미로운 일을 수행한다. 그러나 흥미로운 일을 함께 수행하도록 만들기 위해서는 교장 선생님이 필요하다"고 아유쉬 샤가 말했다.

연구진은 머리카락 두께의 1/100정도가 되는 직경을 가지는, 페인트에서 발견되는 것과 유사한 입자에서 시작하였다. 연구진은 이러한 입자들을 축구공 형상으로 늘리고, 각각의 축구공에서 한쪽을 금으로 코팅하였다. 금도금을 수행한 반쪽은 약한 짠 물에서 서로 끌어당겼다. 이상적으로 스포츠 음료인 파워에이드(Powerade)가 가지는 소금 농도보다 절반 정도를 가졌다. 물에서 소금 비율이 높을수록 더 강력한 인력을 가졌다.

이렇게 가만히 놓아두면 입자들은 평균적으로 50개 또는 60개의 입자들이 사슬을 형성하는 중첩된 쌍을 가지는 짧은 길이의 사슬을 형성하였다. 교류 전기장에 노출되었을 때 이러한 사슬은 새로운 입자를 무한대로 추가하는 것을 시연하였다. 그러나 진짜 흥미로웠던 것은 사슬이 늘어나는 방식이었다. "우리는 이러한 입자들이 작은 근육처럼 동작하기를 원했다. 이러한 섬유들 다수가 전기장에 의하여 정렬되고, 확대 및 수축을 통하여 움직임을 만드는 것을 상상할 수 있다"고 샤론 글로처 교수가 말했다.

이러한 섬유에 의하여 만들어진 힘은 인간의 근육 조직이 단위 면적당 만드는 힘보다 약1,000배 정도 더 약하지만, 마이크로봇에게는 충분할 수 있다."만약 우리가 이러한 사슬들이 서로 협력하도록 만들 수 있다면, 사슬이 부하를 들어 올리거나 이동시키고, 생물학적 근육이 하는 것과 유사한 종류의 일을 수행하도록 만들 수 있다"라고 마이클 솔로몬 교수가 말했다.

미세한 근육 로봇은 아직 요원할 수 있다. 그러나 좀 더 즉각적으로 이러한 입자들은 필요에 따라 전자 제품이 배선을 바꾸도록 만들 수 있다. "이러한 사슬들은 필연적으로 전선을 구성한다. 따라서 사용자는 이러한 사슬들을 조립하여 재구성이 가능한 전자 제품을 위한 회로를 형성할 수 있다"고 마이클 솔로몬 교수가 강조하였다.

연구진은 아직도 이러한 현상이 어떻게 동작하는지를 조사하고 있다. "우리는 이러한 사슬이 왜 연장하는지를 완전하게 이해하지 못한다. 그러나 우리는 일부 아이디어를 갖고 있다"고 샤론 글로처 교수 연구진 소속의 대학원생인 벤자민 슐츠(Benjamin Schultz)가 말했다.

출처 KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』