자가 훈련 근육 조직으로 구동되는 수영 로봇

싱가포르 국립대학교(NUS) 연구팀이 실험실에서 배양한 골격근 조직을 이용해 분당 467mm의 속도로 헤엄치는 생체혼합 로봇 'OstraBot'을 개발했다. 이는 기존 근육 기반 로봇보다 3배 이상 빠른 속도로, 골격근을 사용한 생체혼합 로봇 중 가장 빠른 기록이다.

연구팀은 《네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)》에 발표한 논문에서 두 개의 근육 조직을 쌍으로 배치해 서로를 자율적으로 운동시키는 '자가 훈련 방법'을 소개했다. 이 방법은 외부 장비나 전기 자극 없이 근육 조직이 스스로를 단련할 수 있게 해, 기록적인 힘을 생성할 수 있도록 했다.

생체 조직과 기계의 결합이 중요한 이유

생체혼합 로봇은 살아있는 조직과 인공 구조물을 결합한 차세대 로봇 기술이다. 기존 로봇이 모터와 배터리에 의존하는 것과 달리, 생체 조직을 동력원으로 사용해 부드럽고 유연한 움직임을 구현할 수 있다. 특히 근육 조직은 자가 치유 능력과 생분해성을 가지고 있어 환경 친화적이며, 인체 내부에서도 안전하게 작동할 가능성이 있다.

수석 연구원 탄 유준(Tan Yu Jun) 박사는 "완전 생분해성 로봇 개발을 목표로 하고 있다"며 "환경 모니터링과 임시 의료 임플란트 분야에서 활용될 수 있을 것"이라고 밝혔다. 실제로 이러한 로봇은 체내에서 약물을 전달하거나 미세 수술을 수행한 후 자연스럽게 분해되는 방식으로 사용될 수 있다.

생체 로봇 연구의 흐름

생체혼합 로봇 연구는 2000년대 중반부터 본격화됐다. 초기에는 심근 세포나 곤충 근육을 이용한 간단한 구조물 제작에 머물렀지만, 2010년대 들어 줄기세포 배양 기술과 3D 프린팅 기술의 발전으로 복잡한 구조의 로봇 개발이 가능해졌다.

2012년 하버드 대학교 연구팀이 쥐의 심근세포로 만든 인공 해파리 로봇을 선보였고, 2016년에는 같은 팀이 가오리 모양의 생체 로봇을 개발해 주목받았다. 2020년대에 들어서는 골격근을 이용한 로봇 연구가 활발해지면서 보다 강력하고 정밀한 움직임을 구현할 수 있게 됐다.

OstraBot의 핵심 혁신은 '자가 훈련' 메커니즘이다. 기존 연구에서는 근육 조직을 강화하기 위해 외부에서 전기 자극을 지속적으로 가해야 했지만, 이번 연구팀은 두 근육 조직을 기계적으로 연결해 서로가 서로를 자극하도록 설계했다. 이는 마치 사람이 근력 운동을 할 때 근육이 저항을 받으며 강해지는 원리와 유사하다.

앞으로의 전망 [AI 분석]

생체혼합 로봇 기술은 향후 몇 가지 방향으로 발전할 가능성이 높다. 첫째, 의료 분야에서 체내 약물 전달 시스템이나 최소 침습 수술 도구로 활용될 수 있다. 완전히 생분해되는 특성 덕분에 수술 후 제거 과정이 필요 없어 환자의 부담을 줄일 수 있다.

둘째, 환경 모니터링 분야에서 수질 검사나 해양 생태계 조사에 투입될 가능성이 있다. 기존 수중 드론과 달리 배터리 오염 우려가 없고, 자연스러운 움직임으로 생태계를 교란하지 않으면서 데이터를 수집할 수 있다.

다만 대량 생산과 실용화까지는 여러 과제가 남아 있다. 근육 조직의 수명 연장, 외부 환경 변화에 대한 안정성 확보, 제조 비용 절감 등이 해결돼야 한다. 연구팀은 현재 다양한 환경 조건에서 OstraBot의 내구성을 테스트하고 있으며, 향후 2~3년 내 실용화 가능성을 타진할 계획이다.