▲ 생체 모사 분야에서의 소프트 의료로봇 검증. (가) 습도 자극에 의한 덩굴 식물 움직임 모사. (나) 습도 자극에 의한 꽃잎 움직임 모사. (다) 습도 및 온도 자극에 의한 유충 움직임 모사. (라) 근적외선/고주파 가열 및 습도 자극에 의한 손가락 움직임 모사. (마) 화학 성분 자극에 의한 알코올 감지.(그림 및 설명=조선대학교 기계공학과 고광준 교수)   © 특허뉴스

인체 내에서 자유자재로 형상이 변화하고, 염증 없이 녹아 없어지는 새로운 형태의 소프트 의료로봇이 개발됐다. 

한국연구재단은 고광준 교수(조선대학교)와 한국마이크로의료로봇연구원(원장 박종오), 최은표 교수(전남대학교) 공동연구팀이 외부 환경(습도, 화학성분, 근적외선, 고주파 가열, 온도, 자기장)에 따라 움직이며 생체 적합성 및 분해성, 실시간 체내 모니터링 기능을 갖춘 소프트 마이크로 의료로봇 개발에 성공했다고 밝혔다. 

현재까지 개발된 소프트 로봇의 경우 형상 변화를 이용한 생체모방(자연의 살아 있는 생물의 행동이나 구조, 그들이 지니고 있는 물질들을 모방하는 것) 움직임을 구현하는 데 연구가 집중되어 있어 응용 분야가 극히 제한적이었다. 

특히, 재료적 한계로 인해 생체 적합성 및 분해성, 실시간 체내 모니터링 확보가 어려워 비침습적 방법으로 병을 진단 및 치료하고 이에 맞는 형상 변화와 구동, 자극 등을 고려해야 하는 의생명 응용 분야에 소프트 로봇을 적용하기에는 한계가 있었다. 

이에 연구팀은 체내에서 분해 가능한 천연고분자(키토산)와 자기 반응 재료인 자성나노입자를 재료로 활용, 기존 소프트 로봇의 부드러운 움직임은 유지하면서 원하는 위치로 이동 및 추적이 가능하고, 임무 수행 후 스스로 녹아 없어지는 다기능성 소프트 마이크로 의료로봇을 개발했다.

먼저 로봇 표면에 미세패턴을 새겨 약 1도의 오차로 원하는 방향으로 휘어질 수 있도록 제작했다. 

더불어 자성 나노 입자의 자기장 반응성을 이용해 원하는 위치로 이동이 가능하도록 고안했다. 

이를 통해 기존 소프트 로봇처럼 다양한 생체 모방 움직임(꽃잎, 덩굴 식물, 유충, 손가락)의 구현이 가능할 수 있었다. 또한, 소프트 로봇의 이동은 X-ray 이미징에 의해 실시간 확인됐으며, 독성 및 염증반응 없이 4주 동안 서서히 분해됐다.

고광준 교수는 “이번 연구에서 개발된 소프트 마이크로 의료로봇은 기존 소프트 로봇의 재료적인 한계를 극복하고 제한된 응용분야를 의료 분야로 확장할 수 있음을 보여줬다는데 큰 의미가 있다”며, “향후 지속적인 연구를 통해 질환 치료 및 재생과 체외 질환모델, 약물 스크리닝과 같은 의생명과학 분야에서 플랫폼으로 활용할 수 있을 것으로 기대된다”고 밝혔다.

이번 연구 성과는 재료과학 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머터리얼즈(Advanced Functional Materials)’에 4월 23일 온라인 게재되었다. 

논문명은 Multistimulus-responsive Miniature Soft Actuator with Programmable Shape-Morphing Design for Biomimetic and Biomedical Application 이다.