[고든 정의 TECH+] 짚신벌레처럼 섬모로 움직이는 마이크로 로봇

짚신벌레는 하나의 세포로 된 단세포 동물이지만, 나름 입도 있고 내부 소화 기관인 식포와 배설 기관까지 지닌 복잡한 생물입니다. 그러나 팔다리나 지느러미는 없기 때문에 이동하거나 먹이를 잡기 위해서는 몸 표면에 있는 짧은 털 같은 섬모(cilia)를 이용합니다. 섬모를 움직여 먹이인 박테리아를 입으로 가져오거나 먹이가 많은 장소로 이동하는 것입니다. 섬모는 작고 간단한 구조를 지녔지만, 짚신벌레를 포함해서 작은 단세포 생물이 어디든 움직일 수 있게 도와줍니다.

과학자들은 세포 크기의 미세 환경에서 섬모가 바퀴나 프로펠러보다 더 유용한 이동 도구라고 보고 있습니다. 곤충보다 작은 마이크로 로봇이 움직이는 환경은 우리가 경험하는 세상과 달리 모든 것이 끈적끈적하게 달라붙는 세상이기 때문입니다. 특히 점액과 점막 사이를 움직여야 하는 인체 내 환경에서는 더욱더 그렇습니다. 따라서 이미 오래전부터 미생물들은 움직이는 솜털 같은 섬모나 긴 채찍 같은 편모를 이용해서 이런 환경에서 효과적으로 이동했습니다.

네덜란드 아인트호벤 공대 연구팀은 인공 섬모로 움직이는 4㎜ 크기의 마이크로 로봇을 개발했습니다. 연구팀은 자기장으로 조종할 수 있는 미세 인공 섬모를 만들기 위해 지름 50마이크로미터, 길이 350마이크로미터의 원통형 홈을 규칙적으로 배열한 틀을 만들고 여기에 액체 폴리머와 카르보닐 철(carbonyl iron)을 혼합한 액체를 넣고 굳혔습니다. 카르보닐 철의 목적은 섬모가 자기장의 방향에 따라 움직이게 만드는 것입니다. 연구팀은 이렇게 만든 인공 섬모를 이를 4㎜ 크기의 사각형 고체 폴리머 판에 고정해 마이크로 로봇을 만들었습니다. (사진)

이 마이크로 로봇을 움직이는 동력은 자기장입니다. 자기장의 방향에 따라 인공 섬모가 좌우로 물결처럼 움직이면서 로봇을 앞으로 나가게 만듭니다. 섬모와 비슷한 움직임 때문에 이 인공 섬모는 공기 중에서는 물론 에탄올 같은 액체 속에서도 문제없이 움직입니다. 마이크로 로봇은 자기 무게의 10배나 되는 짐을 갖고도 이동할 수 있으며 45도 정도의 경사도 오를 수 있습니다. 자기장은 인체 내에서도 통하기 때문에 이 마이크로 로봇은 인체 내부 장기의 점막이나 점액 속에서도 쉽게 움직일 수 있을 것으로 기대됩니다. 연구팀은 이 로봇이 특정 장기나 혹은 종양에 약물을 전달하는 용도로 사용될 수 있을 것으로 기대하고 있습니다.

고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com