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[바이오토픽] 인체 내에서 약물을 배달하는 오리가미 로봇
의학약학 양병찬 (2019-04-26 09:20)

인체 내에서 약물을 배달하는 오리가미 로봇
@ Science

미세한 로봇은 표적지향 약물(targeted drug)을 인체 내에 배달하는 임무를 수행할 수 있다. 그러나 그들의 위치와 움직임을 원거리에서 제어하는 것이 문제였다. 이제 한 연구팀이 새로운 방법을 개발했다. 그 내용인즉, 자석을 이용하여 미세한 로봇을 - 마치 종이접기를 하듯 - 다양한 형태로 접은 다음, 원격조절을 통해 물체를 움켜쥔 채 이리저리 기어 다니게 하는 것이다.

자석은 종전에도 로봇을 제어하는 데 사용되어 왔다. 그러나 자성(磁性)을 띤 꼭두각시들은 몸이 뻣뻣했는데, 그 이유는 로봇을 만드는 재료의 물성(物性)이 그랬기 때문이다. 유연한 동작을 할 수 있는 밀리미터 크기의 로봇을 만들기 위해, 연구팀은 네오디뮴(neodymium)이라는 원소의 자성 띤 입자를 유연한(잘 구부러지는) 재료 속에 심었다.

☞ 네오디뮴(Nd: Neodymium)

희토류 금속 원소들을 가끔 ‘첨단산업의 비타민’이라 부른다. 첨단산업의 비타민으로 사용하기 위해서는 성질이 탁월하면서 생산량도 어느 정도는 되어야 하며, 가격도 지나치게 비싸지 않아야 하는데, 17가지의 희토류 금속 원소 중에서 이러한 조건을 갖춘 ‘첨단산업의 비타민’에 가장 걸 맞는 원소는 아마도 원자번호 60번의 네오디뮴(Nd)일 것이다.

네오디뮴의 가장 중요한 용도는 자석이다. 네오디뮴 자석은 현재 알려진 것 중에서 가장 강한 영구자석으로, 네오디뮴을 철, 붕소와 합금시켜 만드는데, 화학적 조성은 Nd2Fe14B이며, 성분 원소들의 첫 글자를 따서 NIB 자석이라 부르기도 한다. 이 자석은 비교적 값싸게 얻어지고 가벼우며 강한 자기장을 낸다. 마이크와 스피커, 이어폰, 컴퓨터 하드 디스크 등에 사용되며, 하이브리드 자동차와 전기 자동차의 모터, 항공기와 풍력 발전기 등 가볍고 부피가 작으면서 강한 자기장이 필요한 거의 모든 기기와 장치에 사용된다.

네오디뮴의 또 다른 중요한 용도는 고체 적외선 레이저를 만드는 것으로, 가장 많이 사용되는 것이 네오디뮴 이트륨 알루미늄 가넷(Nd:YAG) 레이저인데, 이 레이저는 약 1064nm의 적외선을 방출하며 각종 레이저 가공, 의료용 레이저 수술과 처치에 이용되고, 군사적으로는 레이저 표적지시기와 거리측정기에도 흔히 사용된다.

※ 네이버
지식백과 (https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=3575452&cid=58949&categoryId=58982)

다음으로, 연구팀은 한 쌍의 강력한 자석을 이용하여, 로봇의 상이한 부위에 존재하는 입자들의 극성(polarity)을 바꿨다. 그리고 자외선을 이용하여 그들을 제자리에 고정했다. 이상과 같은 방법으로 (다양한 방향으로 당기거나 밀칠 수 있는) 미니로봇의 부위들을 만듦으로써, 연구팀은 복잡한 3D 운동(예: 움켜쥐기, 구르기, 수영하기)을 구현할 수 있었다.

연구팀은 몇 가지 상이한 로봇들을 설계했는데, 그들은 각각 상이한 능력을 보유하고 있다. 예컨대, 이 로봇은 물체를 움켜쥐도록 설계되었다. 자기장이 활성화되면, 로봇의 팔이 - 마치 손이 사과를 움켜쥐는 것처럼 - 접힌다. 심지어 공(ball)처럼 동그랗게 말려, 과학자의 (비디오게임 컨트롤러를 이용한) 무선명령에 따라 이리저리 굴러다닐 수도 있다.

이 로봇은 아코디언처럼 설계되었는데, 자벌레(inchworm)처럼 꿈틀거리며 기어 다닐 수 있다. 이 로봇은 여러 개의 페달을 보유하고 있어, 곤충처럼 표면 위에서 납작 엎드려 기어 다닐 수 있다.

이런 자성을 띤 미세한 로봇들의 1순위 용도는 의학이다. 그러나 그들은 (아주 작은 물건을 만드는) 미니공장의 직원으로 일할 수도 있다. 연구팀은, 로봇의 미래 버전에서 네오디뮴을 교체한다는 구상을 갖고 있다. 네오디뮴은 - 납이나 수은과 마찬가지로 - 독성 중금속이어서, 수술을 돕거나 약물을 전달한 후 인체에서 제거될 필요가 있기 때문이다.

연구팀은 독성이 덜한 금속도 여전히 잘 작동할 거라고 믿고 있다. 그러나 그러기 위해서는 더욱 강력한 자석을 이용하여 조작되어야 할 것이다. 연구팀이 개발한 빠르고 저렴한 제조공정 덕분에, 오리가미 로봇은 의학계에서 널리 성공할 수 있는 기틀을 다졌다.

※ 출처: Science http://www.sciencemag.org/news/2019/04/these-origami-robots-could-one-day-deliver-drugs-inside-your-body

 

아름다움의 진화

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양병찬 (약사, 번역가)
서울대학교 경영학과와 동대학원을 졸업하고, 은행, 증권사, 대기업 기획조정실 등에서 일하다가, 진로를 바꿔 중앙대학교 약학대학을 졸업하고 약사면허를 취득한 이색경력의 소유자다. 현재 서울 구로구에서 거주하며 낮에는 약사로, 밤에는 전문 번역가와 과학 리포터로...
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