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홍콩시립大, 체내에 치료제 전달하는 애벌레 로봇 개발
등록일 : 2018-11-02 13:43 | 최종 승인 : 2018-11-02 13:43
심현영
▲홍콩시립대학 연구팀이 애벌레를 닮은 로봇을 개발했다. (출처=123RF)

[리서치페이퍼=심현영 기자] 거친 환경을 견디면서 무거운 하중을 이동시킬 수 있는 여러 개의 작은 다리가 달린 신형 소형 로봇이 개발됐다. 그리고 이 로봇은 환자들에게 치료제를 전달할 수 있다는 가능성을 보여줬다.

홍콩시립대학 연구팀이 개발한 이 신형 로봇은 애벌레를 닮아 사람의 체내에서 효율적으로 탐색할 수 있다.

의료적 필요를 위한 로봇 애벌레

▲로봇의 주요 목적은 환자들의 체내에 치료제를 전달하는 것이다(출처=123RF)

나노입자와 카메라 캡슐을 포함해 지난 수년 동안 고안된 고급 의료기기들은 수없이 많다. 이러한 기기들은 닿기 어려운 부위의 질병을 진단하거나 보다 정밀한 방법으로 질병을 치료하기 위해 주로 사용되고 있다. 그러나 이 중 어느 것도 애벌레 모양을 하고 체액을 따라 흐르며 체내를 탐색하지는 못한다.

홍콩시립대학 연구팀은 최초의 획기적인 애벌레 모양의 로봇을 만들었다. 이 로봇은 치료제 하중을 견디며 체내 속으로 전달할 수 있도록 부착한 여러 개의 다리가 특징이다. 이 디자인은 두 개에서부터 여덟 개 이상의 다리가 있는 수백 종의 지상 동물들로부터 영감을 받았다. 연구팀은 두 다리의 비율, 즉 다리 길이와 다리 간격 비율에 중점을 뒀다고 강조했다.

연구 선임 저자 션 야징 박사는 "대부분의 동물은 다리 길이 대 다리 간격이 2:1 또는 1:1의 비율을 하고 있다. 이에 영감을 받고 1:1 비율을 사용해 로봇을 만들기로 결정했다"고 이번 연구의 선임 저자인 션 야징 박사는 말했다.

소형 로봇의 물리적 치수를 살펴보면, 두께는 약 0.15mm이며 길이는 1mm가 채 되지 않는다. 로봇의 다리는 0.65mm이며 양 다리 사이의 간격은 0.66mm이다. 즉, 다리 길이 대 다리 간격이 약 1:1인 것이다.

연구팀은 로봇 다리를 만들 당시 뾰족하게 디자인해 표면 마찰력을 줄이자는 데 동의했다. 테스트 결과를 바탕으로, 뾰족한 다리를 사용하는 로봇의 움직임은 다리가 없는 로봇에 비해 마찰력이 40% 가량 줄었다. 그리고 이 마찰력은 습한 상태와 건조한 상태 모두에서 동일하게 나타났다.

로봇의 움직임 범위

연구팀은 폴리디메틸실로산(PDMS)라는 실리콘 소재를 사용해 로봇을 제작했다. PDMS를 선택하고 다리를 뾰족하게 만든 이유는 로봇의 소수성 특성을 강화하기 위한 것이다. 그리고 PDMS를 사용해 부드러운 고무 질감을 더해 다양한 형태와 크기로 제작할 수 있게 고안했다. 즉, 여러 곳에 적용할 수 있도록 실용성에 중점을 둔 것이다.

그리고 원격 조종을 하기 위해서 실리콘 속에 자석 입자를 내장했다. 그 결과, 로봇은 외부 자석을 통해 움직일 수 있게 됐다. 그 결과, 이 로봇은 상하 및 역진자 방식으로 움직일 수 있게 됐다. 앞 다리는 위아래로 움직이는데 사용하고 있으며 양 다리는 진동 움직임에도 적응할 수 있도록 고안한 것이다.

왕 주안카이 교수는 "체내 거친 표면과 여러 질감의 조직에서는 움직임이 어려울 수 있다. 그러나 우리가 제작한 로봇은 다양한 지형에서 인상적인 성능을 보여줬다. 따라서 체내에 치료제를 전달하는 데 사용할 수 있을 것이라는 판단이다"고 말했다.

이 로봇은 움직임 문제도 해결됐다. 연구팀은 로봇의 한쪽 끝을 들어올려 다리 길이의 10배나 넘는 장애물을 만나도 90도 각도로 몸체를 들어올릴 수 있게 했다. 그리고 자석이 고출력의 전자기 에너지를 방출하는 경우, 로봇의 속도는 자동적으로 증가한다.

체내로 하중 전달

이 로봇의 크기는 작지만 상당량의 하중을 전달할 수 있도록 설계됐다. 연구 결과, 이 로봇은 자체 무게보다 100배가 넘는 하중을 이동시킬 수 있었다. 개미와 같은 곤충도 이와 유사한 무게를 견디는 힘을 가지고 있다.

소재 부품, 이동 능력, 힘 등의 특성을 갖춘 이 로봇은 생존하기 어려운 체내 환경 속에서 충분히 그 역량을 보여줄 것이라는 전망이다. 체내 환경이 어려운 이유는 위산이 접촉한 모든 것을 녹여버리는 환경 때문이다. 그러나 이 로봇은 그 같은 환경 속에서도 살아남아 치료제를 전달할 수 있을 것으로 보인다.

임상 환경에서 사용할 수 있는가?

▲연구팀은 아직 보완할 부분이 있다고 덧붙였다(출처=123RF)

이 기기가 임상 환경에서 매력적이긴 하지만, 연구팀은 여전히 몇 군데를 손 볼 필요가 있다고 밝혔다.

먼저, 프로토타입은 분해되지 않기 때문에 실제 사용할 로봇에는 생분해성 요인을 추가해야 한다는 것이다. 따라서 현재 적용이 가능한 생분해성 소재를 찾고 있는 중이다.

둘째, 여러 가지 의료적인 적용을 하고 체내의 다른 부위에도 이동할 수 있는 새로운 형태를 검토 중에 있다. 마지막으로, 최종 모델에 적용할 추가적인 특징을 고안하고 있다. 연구팀은 향후 몇 년 내에 생분해성 버전의 로봇을 생산해낼 것을 바라고 있다.

[researchpaper 리서치페이퍼=심현영 기자]

[리서치페이퍼=심현영 기자]
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