"달팽이 심장박동도 느낀다"…사람 손 모양 '초소형 로봇' 개발

5 개의 손가락을 가진 초소형 소프트 그리퍼./사진제공=과학기술정보통신부

돼지 혈관이나 달팽이 알처럼 작고 연약해 조심히 다뤄야 하는 대상을 부드럽게 잡고, 맥박이나 심장박동 등 생체신호도 측정할 수 있는 초소형 로봇이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

과학기술정보통신부는 아주대 자연모사연구실 한승용·강대식·고제성 교수 연구팀이 사람 손을 닮은 초소형 소프트 로봇(그리퍼)를 개발했다고 14일 밝혔다.


그리퍼는 사람 손과 같은 다섯 손가락 형상의 초소형 로봇이다. 기존 그리퍼 로봇은 단단한 물질로 만들어져 부드러운 대상을 잡는데 한계가 있고, 대상으로부터 신호를 받을 수 있는 센서를 함께 구현하려면 부피가 커져 작은 대상을 잡기 어려웠다.

반면 연구팀은 경도(단단함)와 연성(부드러움)을 조절할 수 있는 소재(형상기억폴리머)를 채택해 피부의 성질과 비슷한 기계적 특성을 구현하고, 아주 얇은 은나노선과 레이저 공정으로 센서의 크기를 줄여 로봇의 크기를 길이 5㎜ 이하로 줄이는 데 성공했다.

특히 초소형 그리퍼에 탑재된 센서는 잡은 물체의 미세한 움직임을 측정하거나, 은나노선으로 물체에 열적 자극도 전달할 수 있도록 설계돼 양방향 입출력이 가능하도록 하였다.

형상기억폴리머로 만들어진 로봇(소프트 그리퍼)은 강성을 조절(가변 강성)할 수 있어 터지기 쉬운 연어 알을 손상 없이 잡을 뿐만이 아니라 자신보다 1200배 무거운 추를 지속적으로 들 수 있다./사진제공=과학기술정보통신부

실제로 연구팀은 이 로봇을 통해 직경 3㎜도 안되는 작고 부드러운 달팽이 알을 터트리지 않고 잡아서 열을 가해 부화시키는데 성공했다. 또 이 과정에서 부화 과정의 미세한 기계적 움직임을 측정하고, 부화 직후 달팽이의 미세 심장 박동수까지 정확히 측정해냈다.


아울러 로봇 자체 무게보다 최대 6400배 무거운 물체를 순간적으로 들어 올리는 한편 돼지 혈관을 상처 없이 잡아 맥박을 측정했다. 이는 '마이크로미터 단위의 미세 유기체를 상처 없이 잡아 미세 생체 신호를 측정한 최초의 사례'라고 연구팀은 설명했다.

한승용 교수는 "이번에 개발한 그리퍼는 잡은 대상의 반응을 측정하는 동시에 자극도 줄 수 있어 의료 분야에서 진단 및 치료 과정의 모니터링에 활용 가능할 것"이라며 후속 연구를 통해 약물 전달, 무선 동작 등의 기능을 추가할 예정이라고 밝혔다. 이어 "사람의 세포 단위 유기체를 기계적으로 상처 없이 잡아 원하는 위치에 고정하고 자극하며, 그 반응을 분석할 수 있는 새로운 플랫폼에 도전할 것"이라고 말했다.

한편 과기정통부 개인기초연구(신진연구) 사업 지원으로 수행된 이번 연구 성과는 로봇 분야 세계최고 권위 학술지인 국제학술지 사이언스 로보틱스(Science Robotics)에 이날 오전 4시 게재됐다.