약물전달 초소형 로봇 개발 진행..SF가 현실로

스위스 쮜리히‧로잔 연방공대 연구팀 ‘사이언스’ 게재

스위스 쮜리히연방공과대학(EPFL) 및 로잔연방공과대학(ETH Zurich) 공동연구팀이 주위의 환경에 따라 형태를 변화시킬 수 있는 초소형 신축성 스마트 로봇(microrobots)의 개발을 진행 중이어서 체내로 약물을 전달하는 데 적용될 수 있을 전망이다.

세균을 본떠서 만든 데다 생체 적합성까지 확보한 이 초소형 로봇이 최적화된 기동을 통해 체내에서 접근이 어려운 부위에도 쉽사리 도달할 수 있을 것으로 기대되기 때문.

바꿔 말하면 표적약물전달에 획기적인 진전을 가능케 할 수 있을 것이라는 의미이다.

쮜리히연방공과대학 기계공학과의 브래들리 J. 넬슨 박사와 로잔연방공과대학 기계공학연구소의 젤만 자카르 박사 공동연구팀은 과학저널 ‘사이언스’誌의 자매지인 ‘사이언스 어드밴스’誌 에 18일 게재한 ‘인공 마이크로스위머(microswimmers)의 적응성 기동’ 보고서에서 그 같은 가능성을 유력하게 시사했다.

연구팀은 “두 대학의 공동연구팀이 수행하고 있는 연구에 힘입어 차후 언젠가는 초소형 로봇을 삼켜 약물을 직접적으로 병소(病所) 조직 부위에 전달할 수 있게 될 것”이라고 전망했다.

이 연구는 세균으로부터 착안해 스마트하고 생체적합성을 확보해 거부반응을 나타내지 않을 뿐 아니라 고도의 유연성을 나타내는 초소형 로봇을 설계한 연구사례이다.

특히 이 디바이스는 유체(流體) 속을 헤엄칠 수 있는 데다 필요할 경우 형태를 변형시킬 수 있으므로 속도와 기동성의 약화를 동반하지 않으면서도 비좁은 혈관이나 복잡한 체내기관 내부를 헤쳐나갈 수 있을 것이라고 연구팀은 설명했다.

또한 하이드로젤 나노복합체로 만들어진 이 디바이스가 자성(磁性)을 띄는 나노입자들을 포함하고 있기 때문에 전자기장을 통해 조정할 수 있을 것이라고 덧붙였다.

이와 관련, ‘사이언스 어드밴스’에 게재한 보고서에서 연구팀은 로봇 형태의 프로그래밍 방법론을 설명한 뒤 “따라서 이 디바이스가 농밀하고, 점성을 띄는 유체 속을 손쉽게 이동하거나 빠른 속도로 움직일 수 있을 것”이라고 강조했다.

연구팀은 통상적으로 로봇이라고 하면 복잡한 전자장치와 센서, 배터리 및 구동소자(actuators) 등이 장착된 덩치 큰 기계장치를 떠올리기 십상이지만, 현미경을 사용해야 보일 수 있을 정도의 초소형 로봇은 전혀 다른 개념의 것이라고 지적했다.

뒤이어 연구팀은 소형화 로봇을 제작하는 일이 여러 모로 도전에 직면해 있는 현실에서 과학자들이 종이접기 방법론을 사용해 대응하고 있는 추세임을 상기시켰다.

내장형 전자기기에 의해 작동되는 전형적인 계산(computation_ 패러다임의 대안으로 체화된 지성(embodied intelligence)을 이용하는 새로운 기동전략이 부각되고 있다는 것.

자카르 박사는 “우리가 개발 중인 로봇은 색다른 구성과 구조를 띄고 있어 유체의 특성에 적응하면서 기동할 수 있을 것”이라고 언급했다. 예를 들면 점성이나 삼투압 농도의 변화에 직면했을 때 형태를 바꿔 기동방향에 대한 통제력을 잃지 않으면서도 속도와 기동성을 유지할 수 있으리라는 설명이다.

자카르 박사에 따르면 이 같은 변형가능성은 사전에 프로그램될 수 있는 것이어서 다루기 힘든 센서 또는 구동소자를 사용하지 않고도 기동력을 극대화할 수 있을 것이라는 전언이다.

이 로봇은 전자기장을 사용해 컨트롤할 수도, 유체의 흐름을 이용해 스스로 순항할 수도 있는데, 이것은 자동적으로 가장 효율적인 형태를 채택해 변화할 수 있기 때문이라고 연구팀은 거듭 강조했다.