살아있는 세포처럼 자유롭게 변형하고 분리·합체할 수 있는 액체 로봇이 개발됐다.

서울대학교 공과대학은 기계공학부 김호영 교수·재료공학부 선정윤 교수와 가천대학교 기계·스마트·산업공학부 박근환 교수의 공동 연구팀이 액체 기반의 차세대 소프트 로봇을 개발했다고 밝혔다.

이번 연구 성과는 세계적 권위의 학술지인 ‘사이언스 어드밴시즈’에 3월 21일 게재됐다.

생체 세포는 자유롭게 변형할 뿐 아니라 분열·융합하며 이물질을 포획하는 특성을 갖추고 있다. 이러한 독특한 능력을 인공 시스템에서 구현하려는 연구는 그간 지속적으로 이뤄져왔다. 그러나 기존의 고체 기반 로봇이 살아있는 세포의 변형성과 기능성을 효과적으로 모사하는 데에는 한계가 있었다.

이러한 제약을 넘기 위해 연구에 나선 공동 연구팀은 알갱이들로 둘러싸인 액체 로봇을 개발하는 데 성공했다. 이 혁신적인 차세대 소프트 로봇은 물을 싫어하는 소수성(疏水性, 물 분자와 쉽게 결합되지 못하는 성질)을 띤 알갱이가 액체 방울을 감싼 구조 덕분에, 액체의 뛰어난 변형성과 고체의 구조적 안정성을 모두 가진다. 때문에 심하게 눌리거나 높은 곳에서 떨어져도, 물방울처럼 깨지지 않고 원래 모습으로 복원될 수 있다.

공동 연구팀은 이 같은 액체 로봇의 강점을 활용해 다양한 기능을 선보였다. 이 차세대 로봇은 1991년 개봉한 영화 터미네이터2에 등장하는 액체 로봇 T1000처럼 철창을 통과할 수 있고, 외부 물질을 포획해 내부로 흡수한 후 이를 운반할 수도 있다. 또한 여러 개의 로봇이 결합할 수 있으며, 수면과 지면 위를 자유롭게 오갈 수 있다. 연구팀은 실험을 통해 액체 로봇이 이러한 작업을 연속적으로 수행할 수 있음을 입증했으며, 초음파를 이용해 이 로봇을 원하는 속도로 이동시키는 기술도 함께 개발했다.

따라서 이번에 개발된 로봇은 인체 내 표적으로 이동해 약물을 전달하거나 치료하는 등 바이오메디컬 및 소프트 로봇 분야에서 활용 가능하리라 기대된다. 또한 매우 좁은 틈새를 통과할 수 있는 강점을 활용해 복잡한 기계 내부, 지형지물 사이, 재난 지역 등에 대량으로 배치되어 탐색, 세정, 화학반응을 이용한 장애물 제거, 영양분 공급 등의 기능을 수행할 것으로 예상된다.

논문의 제1저자인 전효빈 연구원은 “액체 로봇 개발을 시작할 때 처음에는 둥근 물방울을 입자로 감싸는 방법을 생각했다”며 “그러나 발상을 전환해 표면적이 훨씬 큰 각얼음을 입자로 감싼 후 녹이는 아이디어를 착안하고 실현해, 로봇의 안정성을 획기적으로 높일 수 있었다”고 연구 과정을 술회했다.

교신저자인 김호영 교수는 “이번 연구 성과에서 한 걸음 더 나아가 음파나 전기장을 사용해 액체 로봇의 모양을 자유자재로 바꾸는 기술을 개발 중”이라고 밝혔다. 공동 교신저자인 선정윤 교수는 “액체 로봇이 향후 산업 현장에서 보다 널리 활용되도록 재료의 기능성을 더 높일 계획”이라고 말했다.