연구원들은 이 기술의 잠재적인 의학 및 미세 규모 제조 응용 분야에 대해 강조했다.
펜실베이니아 대학교와 미시간 대학교 연구팀이 협력하여 ‘소금 알갱이보다 작은’ 완전 프로그래밍 자율 로봇을 개발했습니다. 이 로봇은 자체적으로 세계에서 가장 작은 종류로 알려져 있으며, 의학, 미세 규모 제조 등 다양한 분야에 응용될 것으로 기대를 모으고 있습니다. 특히 연구진은 이 로봇의 제작 비용이 개당 단 1페니에 불과할 것으로 밝히며 큰 주목를 받고 있습니다.
이 미세 로봇의 물리적 구조와 특징은 Penn Engineering이 담당했으며, 미시간 대학 과학자들이 로봇에 ‘지능(두뇌)’을 부여했습니다. 이번 협력 과정에 참여한 미시간 연구실은 세계에서 가장 작은 컴퓨터를 개발한 기록을 보유하고 있는 곳입니다.
이온 추진을 이용해 움직이는 육안으로 거의 보이지 않는 로봇
먼저 Penn Engineering의 연구 성과를 살펴보겠습니다. 이곳 과학자들은 초소형 로봇의 물리적 측면을 설계했는데, 각 로봇의 크기는 약 200 x 300 x 50 마이크로미터에 달합니다. 이 크기는 많은 미생물의 규모와 유사하기 때문에, 일반적인 로봇과는 완전히 다른 물리적 난제에 직면하게 됩니다.
[연구진이 단일 세포 크기만 한 로봇을 3D 프린팅하다]
[연구진이 프로세서에 직접 삽입할 수 있는 원자 단위의 2D 온도계를 제작하다]
[STMicro가 유럽 내 기존 공장(fabs)에 휴머노이드 로봇을 배치하다]
이렇게 작은 로봇이 마주하는 항력(drag)과 점성(viscosity)의 난제를 해결하기 위해, 로봇을 ‘수영하는’ 형태로 설계하기로 결정했습니다. 하지만 크기를 최대한 유지하기 위해, 과학자들은 움직이는 부품(예: 사지)이 전혀 필요 없는 완전히 새로운 추진 시스템을 개발했습니다.
흥미롭게도, 이 로봇은 주변 용액의 이온들을 전기장으로 ‘밀어내어(nudge)’ 헤엄치게 합니다. 이 이온장을 조절함으로써 로봇은 복잡하거나 협응된 움직임 패턴으로 이동할 수 있습니다. 게다가 움직이는 부품이 없다는 점은 높은 내구성을 보장합니다. 예를 들어, 마이크로피펫으로 옮겨도 손상되지 않습니다.
이들이 가지고 있는 또 다른 난제는 전원 공급입니다. 채택된 설계는 태양광을 이용하며, 태양 전지판이 로봇 본체 질량의 대부분을 차지합니다. 태양광 발전을 최대한 활용했음에도 불구하고, 로봇이 얻는 전력은 75나노와트(nanowatts)에 불과하여 에너지 효율성의 중요성을 다시 한번 강조합니다.
빛과 꼬임 춤(waggle dance)을 이용한 통신
로봇이 완전한 프로그래밍과 자율성을 갖추려면 온보드(on-board) 처리가 필수적인데, 바로 이 부분에 미시간 대학교의 전문성이 적용되었습니다.
출처 블로그에 따르면, 로봇의 물리적 구동계는 매우 효율적인 프로세서, 메모리, 센서의 힘을 빌려 지능을 얻게 됩니다. 로봇을 프로그래밍할 때는 빛의 펄스가 사용되므로, 태양 전지판이 이중 역할을 수행합니다. 동시에, 로봇과 그 센서에서 데이터를 전송받기 위해, 로봇은 추진 시스템을 이용해 벌꿀벌의 꼬임 춤(waggle dance)을 추는 방식으로 프로그래밍되었습니다.
이 로봇들은 수백 개 단위로 배치되어 임무를 완수할 수 있습니다. 태양광 발전과 높은 효율성 덕분에 자율 작동 수명은 몇 달에 달합니다. 최초 테스트 샘플에는 모든 유형의 분석 작업에 유용한 온도 센서가 장착되었지만, 센서 교체 역시 어렵지 않을 것입니다.
이처럼 첨단 기술들이 복합적으로 적용되었음에도 불구하고, 연구진은 이러한 완전 프로그래밍 자율 로봇들이 "저렴하게 대량 제작 가능하며," 제작 비용은 개당 단 1페니에 불과하다고 밝혔습니다. 연구진은 현재 우리가 목도하고 있는 것은 마이크로 로봇 기술의 "단지 첫 장(chapter)"에 불과하다고 약속했습니다.
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