국내외 연구진이 공동연구로 전기 없이 움직이는 바이오 하이브리드 로봇을 개발했다. `인공 동물`인 생체모방 바이오 로봇 가오리가 탄생한 것이다.
서강-하버드 질병 바이오물리 연구센터의 국제 공동연구팀은 빛의 자극에 따라 생체모방 로봇 가오리 이동을 제어하는 기술을 개발했다고 7일 밝혔다. 바이오 하이브리드 로봇은 세포, 조직 등으로 이뤄진 생체물질 부분과 무기물로 구성된 기계적 부분이 결합된 로봇이다.
연구팀은 고분자 탄성 중합체(PDMS)와 쥐 심근세포를 이용해 가오리의 생체 구조를 모사한 생체모방 바이오로봇 가오리를 제작했다. 빛의 자극에 따라 로봇 가오리의 이동을 제어할 수 있다.
그동안 기계로 구성된 로봇은 많이 개발됐다. 하지만 인간 세포 조직으로 만들어진 로봇은 아직 개발하지 못하고 있는 상황이다. 현재 만들어진 바이오 로봇은 형상 제작은 가능하나 내부의 전기 동력 없이는 구동되지 못한다. 이번에 개발된 바이오 하이브리드 로봇 가오리는 생체세포와 무기물을 결합한 세포 조직으로 구성돼 유영이 가능한 최초 로봇이다.
연구팀은 고분자 탄성 중합체로 구성된 몸체에 금을 증착해 뼈대를 구성하고 그 뼈대에 심근세포를 배양해 바이오 로봇의 근육조직을 만들었다. 생체모방 로봇 가오리에 배양된 근육 구조가 실제 가오리의 근육 구조와 일치하는 것을 확인했다. 로봇 가오리를 구성하는 심근세포는 광감성 이온 채널 단백질(ChR2)을 발현하도록 유전자 조작이 됐다. 가오리 날개는 외부 빛 자극에 따라 세포 조직이 수축·이완되면서 움직일 수 있고 물속에서 자유롭게 움직였다.
바이오 로봇은 실제 가오리 운동과 유사한 운동을 보이며 최대 2.5㎜/sec의 속도로 움직였다. 또 로봇 가오리의 양 날개에 가하는 광 자극 빈도를 조절해 각 날개의 수축·이완 운동을 개별적으로 조절해 로봇 가오리가 방향전환도 할 수 있다는 사실을 확인했다.
최정우 서강대 교수는 “향후 인공 지능 기술과 결합해 인간과 같은 로봇 개발까지 확장될 수 있는 토대를 마련했다”며 “인간 질병의 바이오 센싱 기술 개발 등에 폭넓게 사용될 전망”이라고 말했다.
연구 결과는 학술지 사이언스(Science)지에 8일자 표지 논문으로 게재됐다.
송혜영기자 hybrid@etnews.com
