먼지 크기 3D프린팅 마이크로로봇, 정밀 약물 전달 길 열다

조지아텍(Georgia Tech) 연구자들이 먼지 입자 크기의 로봇이 정밀한 양방향 제어가 가능함을 보였다. 단일 전자기 코일이 생성하는 자기장의 힘을 활용해, 이 이동형 마이크로로봇은 그 유형 중 가장 작다.

"비슷한 크기의 수영 마이크로로봇은 있지만, 이들은 고체 표면에서 움직이는 가장 작은 '걷기' 로봇입니다."라고 조지아텍 전기컴퓨터공학과 서터필드 패밀리 조기경력 조교수 아자데 안사리(Azadeh Ansari)는 말했다.

조지아텍 연구는 최근 마이크로-바이오 로보틱스 저널(Journal of Micro-Bio Robotics)에 게재됐다. 현재 대부분의 자기 구동 마이크로봇 시스템은 완전 제어를 위해 여러 전자석을 추가하는 데 의존해 더 높은 전력 소비와 덜 유연한 설정을 초래한다. 단일 코일 설정이 정밀한 양방향 운동 제어에 충분함을 보인 건 안사리 교수에 따르면 중요한 장애물을 넘은 것이다. 마이크로봇 조작이 훨씬 쉬워지면서 팀은 미세조작 능력을 시연할 수 있었다.

"우리가 보인 것으로 이미 랩 세팅에서 마이크로봇 적용을 생각할 수 있습니다."라고 안사리 교수는 말했다. "같은 기판 위에 수백 개의 로봇이 개미 군집처럼 작동하게 할 수 있습니다."

2019년 봄, 안사리 팀은 더 큰(2mm 길이) '마이크로-브리슬-봇(micro-bristle-bots)'을 선보였는데, 진동을 이용해 움직였다. 진동이 더 이상 필요 없는 건 업데이트된 '로커(rocker)' 설계 덕분이다 — 그래서 마이크로-로커 봇(micro-rocker bots)이다. 새 설계는 평면 외 자기장으로 스틱-슬립(stick-slip) 운동을 수행해 봇이 움직이게 한다.

스틱-슬립 운동은 로봇의 두 상태를 기본으로 한다: 표면에서 핀/정지된 위치에 있는 상태와 로봇이 한 방향으로 약간 '미끄러져' 순운동을 달성하는 상태. 박사과정 토니 왕(Tony Wang)에 따르면 자기장이 켜지면 로봇이 본질적으로 상승했다가 낙하한다. 이 운동이 로봇 이동에 충분한 운동에너지를 제공한다.

로커 설계만큼 중요한 건 파형 오프셋(waveform offset)을 이용해 로봇 궤적 방향을 바이어스하는 새로운 용법을 논문에서 보여준 것이다. 자기장 오프셋의 부호(양수/음수)와 로커의 표면과의 각도가 마이크로봇 이동 방향을 결정한다. 결합된 로커 설계와 자기장 오프셋으로 마이크로봇은 잘 제어되고, 중요하게는 선택 가능한 움직임이 가능해진다. 마이크로-로커 봇의 가감속은 자기장 주파수 변경으로 추가 제어 가능하다.

100마이크로미터 길이의 마이크로봇들은 투광자 리소그래피로 유리 기판에 3D 프린팅된 후 니켈 박막이 증착됐는데, 이는 외부 자기장에 반응해 준경질 자석 역할을 한다. 많은 랩 애플리케이션에서 로봇을 현미경 아래 갈 기판에 직접 프린팅할 수 있지만, 마이크로피펫으로 프린팅해 운반할 수도 있다.

"현재 확립된 2D, 현미경 하 공정에서 마이크로로봇 적용 영역이 많습니다."라고 안사리 교수는 말했다. "하지만 살아있는 생물체에 주입해 약물을 전달하거나 부상을 치료하는 미래도 있습니다."

자세한 정보는 조지아 공과대학 조지아 파멜리(Georgia Parmelee)에게 문의: 이메일(스팸봇 보호, 자바스크립트 필요) / 전화: 404-281-7818.