주변 환경 따라 성장방향 바꾸는 인공물질 시스템 개발

김호영 서울대 기계공학부 교수 연구팀

박찬진 서울대 연구원, 박근환 가천대 교수, 선정윤 서울대 교수, 김호영 서울대 교수. 서울대 제공

살아있는 생물처럼 성장하면서 주변 환경을 스스로 인지해 성장 방향을 바꾸는 인공 물질 시스템이 개발됐다. 인간이 접근하기 어려운 극한 환경을 탐사하는 로봇으로 활용될 수 있을 전망이다. 

서울대는 김호영 기계공학부 교수가 주도한 공동 연구팀이 버섯의 성장을 모사하는 인공 물질 시스템을 개발했다고 4일 밝혔다. 연구 성과는 국제학술지인 '미국국립과학원회보'에 3일 게재됐다.

많은 생물들은 성장하면서 외부의 자극을 감지해 스스로 성장 방향을 바꾸는 특성을 보인다. 식물들은 빛의 방향을 인지해 빛을 향해 성장하고 버섯을 만드는 곰팡이는 영양분이 많은 곳을 탐지해 양분이 풍부한 쪽으로 성장한다. 식물은 광합성을 통해 에너지를 만들고 곰팡이는 주변 환경의 영양분을 통해 증식한다. 

특히 식물에서 관찰되는 화분관, 뿌리털 등의 세포와 곰팡이의 균사는 모두 성장이 끝 부분에서만 일어나는데 연구팀은 고분자 용액의 '비용매 유도 상분리 현상(NIPS)'을 이용해 성장이 세포의 끝 부분에서만 일어나도록 실험 조건을 만족시켰다. 그 결과 성장 중 빛, 접촉, 중력과 같은 외부 자극을 스스로 인지해 성장 방향을 바꿀 수 있게 됐다. 

개발된 인공 물질 시스템은 다른 물질을 이송하는 관으로도 사용할 수 있다. 전도성이 있는 액체금속을 이송해 끊긴 회로를 연결하는 전선으로 사용하거나 물속에서도 물과 잘 섞이는 다른 액체를 유출없이 수송할 수 있는 것으로 확인됐다. 

연구팀은 "기존의 외부 자극에 반응하는 시스템들이 모두 카메라 등을 이용해 주변 환경의 인지 이후 컴퓨터로 계산된 동작을 하는 반면 개발된 물질 시스템은 구조적 특성상 인지 및 연산 과정없이도 외부 자극에 반응할 수 있다"며 "외부 개입없이 스스로 주변 환경을 탐사하고 물질을 이송할 수 있는 만큼 향후 사람의 접근이 힘든 극한 환경을 탐사하는 로봇으로 활용될 수 있을 것"이라고 밝혔다.

(왼쪽부터) 말단 성장을 통해 성장하는 식물의 화분관, 세포의 성장을 모사하는 물질 시스템.br / 물질 시스템을 성장하는 전선으로 활용해 회로를 완성했을 때 전구에 불이 켜지는 모습

[윤영혜 기자 yyh@donga.com]