인간세포로 만든 바이오로봇 개발되었다고 하는데요?
안녕하세요.
로봇처럼 스스로 움직이는 인간세포로 만든 바이오 로봇이 개발됐다고 하는데요.
로봇하면 금속부품이나 전기배선같은 부분으로 이뤄져 있어서 동력이 필요한데요.
바이오 로봇은 어떻게 스스로 움직수 있는 것일까요?
안녕하세요.
인간 세포로 만든 바이오로봇은 인간의 근육 세포나 동력을 생성할 수 있는 세포로 만들어집니다. 인간의 근육 세포를 사용하여 로봇의 근육 구조를 만들 수 있습니다. 이 세포들은 전기적 자극이나 화학적 자극을 받았을 때 수축하고 이완하는 능력을 가지고 있습니다. 로봇에 동일한 자극을 제공함으로써 이 세포들이 수축하거나 이완하도록 하여 움직임을 생성할 수 있습니다.바이오 로봇은 일반적으로 근육 조직, 신경 조직, 혹은 기타 생체 조직과 같은 생체 물질로 구성됩니다. 이 생체 물질은 생체 전자기적, 화학적, 또는 생물학적 반응을 활용하여 움직입니다.
예를 들어, 근육 조직은 신경 신호에 의해 자극을 받으면 수축하거나 이완하여 움직임을 생성할 수 있습니다. 생체 물질은 근육 조직의 수축과 이완, 세포 내 화학 반응 등을 활용하여 움직이는 동력을 생성할 수 있습니다.
로봇이라면 금속 부품과 전기 배선으로 이루어져 있어서 동력이 필요하다 생각할 수 있지만 최근에는 인간 세포를 이용한바이오 로봇들은 기존 로봇과는 달리 전기나 기계 부품 없이 살아있는 세포 자체의 힘으로 움직일 수 있다는 점이 특징입니다.
바이오 로봇의 움직임 방식은 크게 두 가지로 나눌 수 있습니다.
첫번째는 근육 세포 활용하는 것입니다.
골격근 세포는 마치 우리 몸의 근육처럼 수축과 이완을 반복하며 움직이는데, 전기 신호를 이용하여 근육 세포의 수축을 조절하여 로봇을 조종합니다. 예를 들어, 미국 일리노이 대학교 연구팀은 심장 세포로 만든 바이오 로봇을 개발했는데, 이 로봇은 전기 펄스를 이용하여 심장 세포의 수축을 조절하여 걸을 수 있었습니다.
그리고 섬모는 인간의 기관이나 세포 표면에 존재하는 털 모양의 미세 돌기로 섬모는 자체적으로 움직일 수 있으며, 방향을 조절할 수도 있습니다. 연구자들은 섬모의 이러한 특징을 이용하여 바이오 로봇을 제작합니다. 예를 들어, 하버드 대학교와 에모리 대학교 연구팀은 인간 줄기 세포로 만든 물고기 모양의 바이오 로봇을 개발했는데, 이 로봇은 섬모의 움직임을 통해 헤엄칠 수 있었습니다.
두번째는 인공 근육 활용입니다.
즉, 전기 신호나 화학 에너지 등에 반응하여 수축하거나 변형되는 인공 근육 소재를 이용합니다. 이 인공 근육 소재를 바이오 로봇에 활용하면 마치 근육이 움직이는 것처럼 로봇을 조종할 수 있습니다. 예를 들어, 독일의 드레스덴 공과대학교 연구팀은 전기 신호에 반응하여 수축하는 인공 근육 소재를 이용한 바이오 로봇을 개발했는데, 이 로봇은 인공 근육의 수축력으로 팔을 움직일 수 있었습니다.
미국 터프츠대와 하버드대 공동연구팀은 인간 세포로 만든 바이오로봇을 개발, 사람의 몸에서 손상된 부위를 치유한다는 사실을 확인하고 연구결과를 국제학술지 ‘어드밴스드 사이언스’에 공개했는데요,이 로봇은 사람의 머리카락 너비부터 날카롭게 깎은 연필 너비에 해당하는 다양한 크기의 사람 유래 다세포 로봇으로 자가 조립하는 능력이 있다고 합니다. 흔히 생각하는 로봇같은 형태는 아니며 매우 작은 크기의 생체 로봇이라고 할 수 있습니다. 연구팀은 성인 기증자로부터 '섬모'로 불리는 털 형태의 돌기가 있는 세포를 얻어 바이오로봇을 만들었는데요, 세포의 섬모는 작은 입자들을 밀어내는 역할을 합니다. 이러한 섬모가 있는 장기유사체 ‘오가노이드’를 만드는 방식으로 바이오로봇을 개발했으며, 실험실 접시에서 관찰한 결과 섬모를 이용한 움직임을 통해 스스로 조립하는 능력이 확인되었습니다.
바이오 로봇은 인간의 세포를 이용하여 만들어졌기 때문에, 생물학적 에너지를 활용하여 스스로 움직일 수 있습니다. 세포 내에는 미토콘드리아라는 소기관이 있어 ATP(아데노신 삼인산)라는 에너지 물질을 생산하는데, 이 에너지를 바탕으로 세포는 스스로 움직이고 성장할 수 있습니다. 연구진들은 이런 원리를 이용하여, 근육 세포를 특정한 패턴으로 배열하고 자극을 줌으로써 바이오 로봇이 자율적으로 움직이도록 설계했습니다. 또한, 심장 세포를 이용하여 바이오 로봇에 일정한 리듬을 부여할 수도 있습니다. 이렇게 생물학적 에너지를 활용한 바이오 로봇은 기존의 금속과 전기 부품으로 이루어진 로봇과는 달리, 자가 발전 및 자가 치유 능력을 가질 수 있어 다양한 분야에서 활용될 것으로 기대됩니다.