작고 부드러운 로봇이 생명의 잠재력을 보여준다.

지진 잔해 속을 기어다니며 갇힌 사람을 찾거나 인체 내부를 여행하며 약을 전달하는 작고 부드럽고 유연한 로봇은 공상과학에나 나올 법한 이야기처럼 들릴지 모르지만, 펜실베이니아 주립대 연구진이 이끄는 국제 연구팀은 유연한 전자 장치와 자기 제어 모션을 통합하여 이러한 적응형 로봇의 선구자 역할을 하고 있습니다.

소프트 로봇은 기존의 단단한 로봇과 달리 생물의 움직임을 모방하는 유연한 소재로 제작됩니다. 이러한 유연성 덕분에 재난 지역의 잔해나 인체의 복잡한 경로와 같이 좁은 공간을 탐색하는 데 이상적입니다. 그러나 펜실베이니아 주립대학교 공학과학 및 기계학과의 제임스 L. 헨더슨 주니어 기념 부교수인 후안위 "래리" 청은 이러한 유연한 시스템에 센서와 전자 장치를 통합하는 데 상당한 어려움이 있다고 지적했습니다.

나노-마이크로 레터스(Nano-Micro Letters) 에 게재된 연구팀의 공동 교신저자인 청(Cheng)은 "가장 큰 과제는 로봇을 스마트하게 만드는 것이었습니다."라고 말했습니다 . "대부분의 응용 분야에서 소프트 로봇은 단방향 통신 시스템이었습니다. 즉, 복잡한 환경을 탐색하기 위해 외부 제어에 의존해야 했습니다. 우리의 목표는 이러한 로봇이 주변 환경과 상호 작용하고 최소한의 인간 개입으로 작동할 수 있도록 스마트 센서를 통합하는 것이었습니다."

이러한 로봇을 더욱 스마트하게 만드는 주요 요인은 유연한 전자 장치를 통합하는 데 있으며, 이를 통해 주요 기능이 가능해집니다.

"소프트 로봇과 유연한 전자 장치가 완벽하게 연동되는 시스템을 설계하고 싶었습니다."라고 Cheng은 말했습니다. "기존 전자 장치는 견고해서 통합이 어렵습니다. 저희의 해결책은 로봇의 유연성을 유지하면서도 견고한 성능을 유지하는 방식으로 전자 부품을 배치하는 것이었습니다."

청과 그의 팀은 로봇들이 움직이는 모습을 영상으로 촬영하여, 간단한 경로를 따라 기어가거나 공처럼 굴러가는 역동적인 움직임을 포착했습니다. 로봇은 유연한 구조에 내장된 경자성 소재를 사용하여 움직이며, 외부 자기장에 예측 가능하게 반응합니다. 연구진은 자기장의 세기와 방향을 조절함으로써, 내장 전원이나 전선과 같은 물리적 연결 없이도 로봇의 굽힘, 비틀기, 기어가기 등의 움직임을 제어할 수 있습니다.

이 기술을 개발하는 데 있어서 가장 큰 어려움은 유연한 전자 장치가 로봇의 움직임을 방해하지 않도록 하는 방법을 알아내는 것이었습니다.

"전자 장치를 유연하게 설계했지만, 그 강성은 소프트 로봇 소재보다 수백 배에서 수천 배 더 높습니다."라고 Cheng은 말했습니다. "이를 극복하기 위해 전자 장치를 구조물 전체에 분산시켜 움직임에 미치는 영향을 줄였습니다."

또 다른 과제는 전자 기기나 시스템의 작동을 방해할 수 있는 원치 않는 전기적 간섭을 차단하는 것이었습니다. 이러한 간섭은 다른 전자 기기나 무선 신호와 같은 외부 요인에서 발생합니다. 이러한 간섭은 움직임을 방해하고 센서 성능에 영향을 미칩니다.

"자기장은 운동 제어에 필수적이지만, 전자 신호를 교란시킬 수도 있습니다."라고 청은 말했습니다. "이러한 상호작용을 최소화하고 강한 자기장이 존재하는 환경에서도 센서가 제대로 작동하도록 전자 레이아웃을 신중하게 설계해야 했습니다."

자기 간섭을 최소화함으로써 로봇은 전자기장이나 휴대용 자석을 사용하여 원격으로 조종할 수 있으며, 이는 로봇에 필요한 인간의 개입을 최소화합니다. 또한, 내장된 센서를 통해 로봇은 주변 환경 신호에 자율적으로 반응할 수 있습니다. 예를 들어, 수색 및 구조 작업에서는 열이나 장애물을 감지하여 잔해를 탐색할 만큼 지능적입니다. 의료 분야에서는 pH 변화나 압력에 반응하여 정확한 약물 전달이나 정확한 검체 채취를 보장할 수 있습니다.

정 박사 팀의 다음 단계는 이러한 응용 프로그램을 위한 기술을 개선하는 것입니다. 여기에는 "로봇 알약"을 만드는 것도 포함됩니다.

"가장 흥미로운 잠재적 응용 분야 중 하나는 이식형 의료기기입니다."라고 고려대학교 융합과학기술대학원 황석원 부교수가 공동 저자로 밝혔습니다. "저희는 이 시스템을 생물의학적 용도에 적합하도록 소형화하는 작업을 진행하고 있습니다. 알약처럼 삼키고, 위장관을 탐색하며 질병을 감지하거나 필요한 곳에 정확하게 약물을 투여할 수 있는 작은 로봇 시스템을 상상해 보세요."

연구자들에 따르면, 이러한 기술은 생체검사와 같은 전통적인 진단 절차보다 덜 침습적인 대안을 제공하며, 환자로부터 실시간으로 직접 데이터를 수집할 수 있다고 합니다.

"이 로봇들은 센서가 내장되어 있어 pH 수치를 측정하고, 이상 징후를 감지하고, 심지어 체내 정확한 위치에 약물을 투여할 수도 있습니다."라고 청 박사는 설명했습니다. "즉, 침습적 수술은 줄어들고 더욱 집중적인 치료가 가능해져 환자 치료 결과가 향상됩니다."

정 박사는 또한 미래에는 혈관 치료에도 응용될 수 있을 것으로 예상한다고 말했습니다.

"이 로봇을 더 작게 만들 수 있다면 혈관에 삽입하여 심혈관 질환을 치료하거나 환부에 직접 약물을 투여할 수 있을 것입니다."라고 청 박사는 말했습니다. "이는 비침습적 의료 치료에 완전히 새로운 가능성을 열어줄 것입니다."

연구팀은 아직 이 로봇에 공식 이름을 붙이지 않았지만, 청은 제안을 받아들일 의사가 있다고 말했습니다.

"좋은 제안이네요." 그가 웃으며 말했다. "대중의 참여를 통해 이름을 짓는 게 어떨까 싶어요."

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/04/250408121334.htm