[IT 톺아보기] 강하면서도 유연하게 움직이는 '불가사리 로봇'
상태바
[IT 톺아보기] 강하면서도 유연하게 움직이는 '불가사리 로봇'
  • 김상혁 기자
  • 승인 2020.08.30 09:10
  • 댓글 0
이 기사를 공유합니다

건축기법 응용해 만든 단단하면서도 유연한 불가사리 로봇
인삼밭에서 발견한 신규 물질, 치매 치료 실마리
머리카락보다 얇은 초소형 로봇 개발
연일 터지는 정치·사회 뉴스에 빠져 정작 중요한 것을 놓치기 일쑤죠. 21세기 미래를 바꿀 IT기술, 인포테인먼트 소식입니다. 미래 먹거리일 뿐 아니라, 흐름을 놓쳤다간 금방 시대에 뒤처지게 됩니다. <오피니언뉴스>는 매주 주요 IT, 과학기술, 게임 소식들을 짤막하게 모아 소개합니다. 먼 미래가 아닌 눈앞의 미래에 상용화될 IT기술을 주로 다루려합니다.  [편집자 주]

[오피니언뉴스=김상혁 기자] 일반적으로 '로봇'의 이미지는 딱딱한 느낌이나 절제된 움직임 등이 떠오릅니다. 그런데 국내 연구진이 건축기법을 응용, 단단하면서도 유연하게 움직이는 '불가사리 로봇'을 개발했습니다.

다리 부분이 텐세그리티 구조로 만들어진 불가사리 로봇. 붉은색 구조체를 검은색의 인대 물질이 잡아당겨 모양을 변화시킨다. 사진=UNIST 제공
다리 부분이 텐세그리티 구조로 만들어진 불가사리 로봇. 붉은색 구조체를 검은색의 인대 물질이 잡아당겨 모양을 변화시킨다. 사진=UNIST 제공

◆ 강하면서도 유연하게 움직이는 '불가사리 로봇'

울산과학기술원(UNIST)는 김지윤 신소재공학부 교수 연구팀이 '텐세그리티' 구조로 다리 5개를 가진 불가사리 로봇을 만들어 다양한 동작을 구현하는 데 성공했다고 밝혔습니다.

'텐세그리티' 구조는 마치 인간의 골격과 비슷합니다. 강인한 재료와 유연한 재료가 유연한 재료가 씨줄과 날줄처럼 엉켜 있는 구조입니다. 장력을 가하는 그물 구조의 구성품과 그 내부에는 장력으로 인한 압축을 견디는 구성품이 얽히고 설켜있는 것입니다. '텐세그리티(tensegrity)'라는 단어도 '인장(tension)'과 '구조적 안정(structure integrity)'의 뜻을 가진 영단어를 합친 말입니다.

이 구조의 특징은 동일한 양의 재료로 더 많은 하중을 견딜 수 있으면서 가벼우면서도 튼튼하다는 겁니다. 교량이나 파빌리온(가설 구조물), 접었다가 펼쳐지는 텐트 등이 텐세그리티 구조 건축 기법이 적용된 대표적인 예시입니다.

텐세그리티 구조는 서로 다른 특성을 갖는 물질들이 공중에서 연결돼있기 때문에 일반적인 3D 프린팅 제작 기법을 이용해서는 이를 적용시킨 로봇을 만들기는 어렵습니다.

연구팀은 3D 프린팅 기법과 물에 녹을 수 있는 수용성 희생틀을 이용, 복잡한 텐센그리티 구조를 구현하는 방법을 고안했습니다.

3D 프린터를 이용해 큰 하중을 견딜 수 있는 재료(압축재)와 희생틀을 프린팅 합니다. 만들어진 희생틀 내부에 유연한 재료(인장재)를 삽입합니다. 희생틀은 물에 녹기 때문에 제거하기 쉽습니다.

이후 도넛, 삼각기둥, 정육면체 등 다양한 형상의 텐세그리티 구조를 만들었습니다. 그리고 이 구조체를 기본 모듈로 사용해 다리가 5개 달린 불가사리 로봇을 제작했습니다. 또 연구팀은 이 로봇에 외부 자극에 따라 스스로 움직이는 스마트 소재를 적용, 스스로 움츠렸다 펴지는 불가사리 로봇도 만들었습니다.

기존의 금속 재질의 일반적인 로봇은 사람들의 일상 생활 속에서 함께 일하기에 위험이 있었는데요. 이번 불가사리 로봇 같은 새로운 기술은 사람과 협동 작업이 가능하면서도 동시에 단단한 형태를 가질 수 있어 향후 다양한 영역에 사용될 것으로 보입니다.

알츠하이머 치료 물질로 떠오른 '리졸루틴'의 구조. 사진=서울대 제공
알츠하이머 치료 물질로 떠오른 '리졸루틴'의 구조. 사진=서울대 제공

◆ 인삼밭에서 치매 해결 실마리 포착

알츠하이머를 일으키는 원인은 아밀로이드베타와 타우 단백질 응집체가 뇌세포를 파괴하는 것으로 알려져 있습니다. 치료를 위한 수많은 인력과 자원이 투입됐지만 아직까지도 임상 승인을 받은 물질이 없습니다. 단백질 구조가 규명되지 않아 합성의약품 설계가 거의 불가능하기 때문입니다.

그런데 국내에서 의미있는 연구결과가 나왔습니다. 서울대 약대 오동찬 교수팀과 연세대 약대 김영수 교수팀이 인삼밭 뿌리 토양층에 서식하는 박테리아가 아밀로이드베타와 타우 단백질의 응집체를 동시에 분해한다는 연구결과를 발표했습니다.

공동연구팀은 인삼밭에 서식하던 이 박테리아로부터 발견한 신물질을 '리졸루틴(Rhizolutin)'이라고 이름 붙였습니다. 그리고 구조분석 및 유효성 실험에 필요한 물질량 확보를 위해 6년근 인삼 가루를 박테리아 배지에 첨가하는 방법으로 생산량을 10배 증가시키는데 성공, 700L에 달하는 대량 배양을 실시했습니다. 

이후 핵자기 공명 분광법, 화학 반응, 분자 모델링 기법 등을 통해 리졸루틴의 구조를 규명했습니다. 그 결과 리졸루틴은 이전에 보고된 적 없는 각, 10각, 6각의 3개의 환형 구조로 이루어져 있었습니다. 동시에 생쥐 모델을 대상으로 실험한 결과 아밀로이드 베타와 타우 단백질 응집체를 동시에 분해하는 것으로 나타났습니다.

연구팀에 따르면 리졸루틴은 아밀로이드 베타와 타우 단백질 응집체를 동시에 분해하는 최초의 신규 화합물입니다. 향후 알츠하이머 질병 극복을 위한 신약 개발에서 선도물질로서의 가치가 매우 높은 것으로 평가됩니다.

4개의 다리를 가진 초소형 로봇 컴퓨터 이미지. 사진=네이처 제공
4개의 다리를 가진 초소형 로봇 컴퓨터 이미지. 사진=네이처 제공

◆ 머리카락 보다 가는 초소형 로봇

눈에 보이지 않을 정도로 아주 작은 로봇이 개발됐습니다. 머리카락 굵기보다도 얇아서 주사를 통해 인체 혈관을 돌아다닐 수 있을 정도 입니다.

마크 미스킨 미국 펜실베니아대 전기및시스템공학과 교수팀은 국제학술지 네이처를 통해 5마이크로미터(㎛·100만 분의 1m), 길이 40㎛ 크기의 로봇을 개발했다고 밝혔습니다.

짚신벌레 크기의 이 로봇은 본체 역할을 하는 실리콘 광전변환 소자로 된 단순 회로와 다리 기능을 하는 4개의 전기화학 '작동기'(actuators)로 구성됐습니다.

사실 메모리, 센서 등의 전자장치는 기술의 발달로 이미 소형화가 가능했습니다. 하지만 로봇을 움직이게 하는 '작동기'의 소형화는 진전이 없었습니다.

연구팀은 반도체산업에서 이용되는 기술을 활용해 4인치 실리콘 웨이퍼에서 초소형 로봇을 만들었습니다. 플래티넘과 티타늄 이중판을 잘라 원자 100개 두께의 로봇 다리를 제작했습니다. 본체에 탑재된 태양광 전지에 레이저를 쏘면 다리를 움직일 수 있는 동력을 얻게 됩니다.

다만 이 초소형 로봇을 활용하는데는 아직 여러 문제가 있습니다. 연구팀에 따르면 다른 소형 로봇에 비해 동작이 느리고 주변환경 감지 능력도 없습니다. 통제도 어렵다고 합니다.

하지만 기존 실리콘 기술과 호환성을 가지고 있고, 다른 장치와의 통합 가능성도 열려있는 시제품이라는 것이 연구팀의 설명입니다. 특히 산성 환경에서도 생존할 수 있고 영하 73도를 넘나드는 온도에도견딜 수 있어 생물학적 환경 탐사에도 활용될 것으로 기대 받고 있습니다.


댓글삭제
삭제한 댓글은 다시 복구할 수 없습니다.
그래도 삭제하시겠습니까?
댓글 0
0 / 400
댓글쓰기
계정을 선택하시면 로그인·계정인증을 통해
댓글을 남기실 수 있습니다.