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나노로봇이 미생물 세계를 누비며 박테리아를 옮긴다. 언뜻 공상과학 영화에나 등장할 법한 이야기지만, 실제 연구를 통해 이러한 기술이 현실로 구현되고 있다.
최근 연구 결과에 따르면 사람 머리카락보다 훨씬 작은 나노로봇이 빛을 동력 삼아 박테리아를 수집하고 원하는 위치로 운반하는 데 성공했다.
나노로봇(중앙에 위치)이 서로 다른 두 종류의 박테리아와 상호작용하고 있다. [사진=
1마이크로미터보다 작은 초소형 나노로봇
독일 뷔르츠부르크대학교 베르트 헤흐트 교수 연구팀은 빛을 동력 삼아 움직이는 초소형 나노로봇을 개발했다는 소식을 국제 학술지 ‘Nature communications’에 발표했다.
초소형 나노로봇은 1마이크로미터(μm)보다 작은 크기로, 사람 머리카락의 약 50분의 1 수준이다.
기존에는 사람의 손으로 세포나 박테리아 같은 미세한 물질을 정확하게 잡고 이동시키는 것이 쉽지 않았다.
크기가 너무 작기 때문에 일반적인 기계 장치를 이용해 직접 조작하기 어렵기 때문이다.
연구팀이 개발한 초소형 나노로봇은 이러한 한계를 극복하기 위해 빛을 동력으로 이용한다.
나노로봇에는 최대 4개의 플라즈모닉 나노안테나가 장착돼 있다. 이 안테나는 특정 색과 편광 특성을 가진 빛을 흡수한 뒤 특정 방향으로 빛을 방출한다.
이 과정에서 빛의 진행 방향이 바뀌면서 로봇에 아주 작은 반동력이 발생한다. 즉, 광자 반동을 이용해 로봇을 움직이는 것이다.
원리는 총을 쏘았을 때 총알이 앞으로 나가면서 총이 반대 방향으로 밀리는 것과 비슷하다.
박테리아 찾고 원하는 곳으로 이동한다
다만 이 로봇은 질량이 극도로 작기 때문에 개별 광자가 만들어내는 매우 작은 힘도 로봇을 움직일 만큼 큰 효과를 낼 수 있다.
이번 연구에서 특히 중요한 부분은 초소형 로봇의 조종 기술이다.
연구팀은 로봇에 나노미터 크기의 안테나 와이어를 넣었다. 이 구조는 들어오는 빛의 편광 방향에 맞춰 자연스럽게 정렬되는 특성이 있다.
따라서 연구진이 빛의 편광을 바꾸면 로봇이 향하는 방향도 바꿀 수 있다.
빛은 로봇을 앞으로 밀어주는 동시에 로봇의 방향을 조종하는 할 수 있는 것이다.
연구팀은 이러한 방식을 통해 별도의 복잡한 조종 장치 없이도 초소형 로봇을 원하는 방향으로 움직일 수 있다.
[사진=AI 생성 이미지]
유튜브 보며 입모양 독학하는 로봇 등장
초소형 나노로봇은 실험을 통해 박테리아를 찾아 포획하고 운반하는 작업을 수행했다.
특히 로봇이 90° 방향 전환을 매우 빠르게 수행할 수 있을 정도로 기동성이 높은 것으로 나타났다.
초소형 로봇의 또 다른 특징은 박테리아를 여러 개 운반하면서도 조종이 가능하다는 점이다.
로봇이 박테리아를 싣게 되면 무게가 증가하기 때문에 이동 속도는 다소 느려진다. 그러나 박테리아를 여러 개 운반하는 상황에서도 방향을 바꾸고 움직이는 기능은 유지됐다.
연구팀은 “이번 연구가 빛을 단순히 미세한 세계를 관찰하는 도구로 사용하는 것을 넘어 미세한 물질을 직접 움직이고 조작하는 수단으로 활용할 수 있음을 보여준다”고 설명했다.
Jin Qin / Uni Würzburg]
이어 연구팀은 “나노로봇 기술이 더욱 발전한다면 사람이 직접 접근하기 어려운 미생물 세계에서 특정 세포나 박테리아를 선택적으로 이동시킬 수 있고 미세한 물질을 정밀하게 배치할 수 있을 것”이라고 가능성을 내비쳤다.
다만 현재 기술은 실험실의 통제된 환경에서 구현된 단계인 만큼, 실제 생물학적, 의료 환경에서 활용하기 위해서는 로봇의 정밀한 제어와 안전성, 생체 환경에서의 작동 가능성 등을 추가로 검증해야 한다.
출처: Nature communications
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