서울대학교 공과대학은 12월 11일 기계항공공학부 안성훈 교수 연구팀이 빛으로 움직이는 세포크기의 마이크로 로봇을 개발했다고 발표했다.


개발된 로봇(사진 1)은 길이 65 μm, 폭 25 μm, 높이 8 μm 크기로, 니켈-티타늄 형상기억합금을집속이온빔으로 가공하여 만들어졌으며, 길이 방향으로 왕복 운동하는 구동기, 바닥과 접촉하는 다리, 미세 바늘로 구성되어 있다. 이 로봇은 사람의 체세포와 비슷한 크기로, 레이저의 에너지를 이용하여 최대 10 μm/s의 속도로 직선 운동을 하고, 최소 5 μm의 회전반경으로 곡선 운동을 할 수 있다.



레이저를 로봇에 비추면 형상기억효과와 광열 트래핑 효과(optothermal trapping)에 의해 움직인다. 광열 트래핑 효과는 빛 에너지가 물체에 흡수되어 열 에너지로 전환되고, 물체 주변의 온도 변화에 의해 힘이 발생하는 현상인데, 2018년 노벨 물리학상을 수상한 광학 집게(optical tweezer) 방식과 달리, 투명하지 않은 마이크로 스케일 물체도 조작할 수 있다는 장점이 있다.



제1저자인 김민수 박사(서울대학교 인간중심소프트로봇기술연구센터)는 “개발된 로봇은 기존의 마이크로 로봇 연구와 달리 생체적합재료인 형상기억합금으로만 제작되었다는 장점이 있다. 또한, 레이저 스캐닝으로 비교적 단순하게 로봇을 컨트롤 할 수 있다.”며 개발된 마이크로 로봇의 특징을 설명했다.



교신 저자인 안성훈 교수는 “일반적으로 로봇을 움직이는데 필요한 전원이나 전자회로 없이, 빛으로 구동되고, 형상기억합금으로만 만들어진 마이크로 로봇을 최초로 개발하였다. 후속 연구로 인체 내부와 유사한 환경에서 구동되는 조건을 찾고 있으며, 이를 질병을 치료하거나 세포를 분류하는 등 생명과학 분야에 활용하는 것을 기대하고 있다.”고 말했다.



이 연구는 국제학술지 Advanced Materials Technologies(12월호)에 표지논문(Front cover)으로 발표되었으며, 한국연구재단의 중견연구자 지원사업(전략과제), ADD 특화센터 등의 지원을 받아 수행되었다.

 

 

사진 1. 형상기억합금으로 제작된 마이크로 로봇 (모재로부터 로봇이 분리되기 직전의 모습)

사진 2. 형상기억합금 마이크로 로봇의 활용 상상도

(Advanced Materials Technologies 12월호 표지)