전자파 먹고 헤엄치는 초소형 로봇, 물 속 오염물질 찾는다

홍콩 연구진, 무선 주파수로 작동하는 로봇 개발
센서 장착하고, NFC로 데이터 전송
“센서 확장하면 다양한 분야에 활용 가능”

유 싱게(Xinge Yu) 홍콩 시립대 생의학공학과 교수 연구팀이 개발한 배터리 없이 액체를 헤엄칠 수 있는 소프트 전자기 수영 로봇./Science Advances

홍콩 과학자들이 물속을 헤엄치며 오염물질과 병원체를 찾아내는 소형 자율 로봇을 개발했다. 이 로봇은 배터리로 전기 공급을 받지 않고 전자파를 수신해 전기로 바꿔 사용하기 때문에 작동에 제약이 적다. 사람의 손길이 닿기 힘든 가정용·산업용 파이프를 탐지하는 것은 물론, 약물 캡슐을 인체 속으로 전달하는 의료 작업도 수행할 것으로 기대된다.

유 싱게(Xinge Yu) 홍콩 시립대 생의학공학과 교수 연구팀은 11일 배터리 없이 액체를 헤엄칠 수 있는 소프트 전자기 수영 로봇을 개발했다고 국제학술지 ‘사이언스 어드밴시스(Science Advances)’에 발표했다. 이 로봇은 전자 센서를 장착해 오염물질과 병원체를 감지한다.

초소형 로봇은 사람의 접근이 힘든 환경의 물리적·화학적·생물학적인 조건을 측정하는 데 쓰인다. 초소형 로봇은 다양한 현장을 탐색하기에 적합한 도구이지만, 전력 문제와 이동성 제어, 무선 데이터 획득에서 어려움을 겪고 있다. 특히 전력 문제의 경우 로봇에 에너지를 공급하기 위해 주로 배터리를 사용했는데, 중량이 늘어나고 작동 수명이 짧다는 점에서 한계를 가졌다.

연구팀은 초소형 로봇의 한계를 돌파하기 위해 배터리 대신 무선 주파수(RF)를 사용했다. 표면이 실리콘으로 이뤄진 이 로봇 안에는 작은 수신 안테나와 자석, 코일이 들어있다. 전자파 신호를 보내 로봇 내부 자석과 코일에 공진이 일어나게 하는 방식으로 로봇의 꼬리 부분이 위아래로 펄럭인다.

이동 거리는 주파수 대역에 따라 다르게 나타난다. 예를 들어, 초소형 로봇에 10㎐의 주파수를 보냈을 때보다 20㎐의 주파수를 보냈을 때 로봇은 더 빠르게 꼬리를 움직인다. 또 고깔 모양으로 생긴 로봇 두 개를 나란히 붙이면 좌우 꼬리를 조절해 방향도 제어할 수 있다.

로봇에는 화학 물질과 병원체를 감지할 수 있는 센서도 장착됐다. 우선 염화은과 금으로 이뤄진 이온 선택성 전극은 액체 속 염화물과 암모늄을 높은 정확도로 감지한다. 또 디지털 항체 변형 그래핀을 다른 전극에 추가해 코로나바이러스(SARS-CoV-2)와 같은 바이러스 입자도 찾아낼 수 있다.

특히 이 로봇의 가장 큰 장점은 수집한 데이터를 휴대전화로 쉽게 전송할 수 있다는 것이다. 연구팀은 무선 데이터 전송을 위한 근거리 무선 통신(NFC) 칩을 넣었다. NFC는 보통 판독 가능 거리가 10㎝ 정도지만, 연구팀은 RF 코일을 사용하면 판독 범위를 더욱 확장할 수 있다고 설명했다. 따로 로봇을 수거할 필요 없이 스마트폰으로 센서에 감지된 데이터를 볼 수 있는 셈이다.

연구팀은 새로 개발한 초소형 무선 로봇이 탐사뿐만 아니라 산업과 의료 현장에서 사용될 수 있다고 강조했다. 또 감지 기능을 확장하면 전자기 수영 로봇이 다양한 분야에서 활용될 수 있을 것으로 기대했다.

연구팀은 “케이블과 배터리 없이 감지 데이터를 무선으로 전송하는 로봇은 환경 탐사를 위한 모바일 전자 모니터링 시스템의 속도와 능력을 크게 향상 시킨다”며 “전자기 수영 로봇 시스템의 감지 기능은 수질과 바이러스 오염 평가를 위한 다양한 이온·병원체 감지를 포함하며 로봇 모니터링 기능과 지능을 눈에 띄게 발전시킨다”고 강조했다.

이어 “이 로봇은 섭취 가능한 캡슐을 전달체로 사용해 신체에 자유롭게 진입해고 의료 작업을 수행할 수 있다”며 “센서의 기능이 확장될 경우 공간 탐색의 광범위한 가능성을 보여줄 것으로 기대한다”고 덧붙였다.

참고자료

Science Advances, DOI: https://doi.org/10.1126/sciadv.adk6301

조선비즈

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