IBS 나노의학 연구단, 세계 최초로 나노로봇에 클러치 기능 탑재
DNA 클러치에 1조 개 정보 프로그래밍…자율주행 나노로봇 개발 눈앞
공상과학 영화에서 보던 몸속을 돌아다니면서 몸속의 질병을 찾아 치료하는 초소형 로봇이 국내 연구진에 의해 개발됐다.
클러치 나노로봇은 바이러스 크기인 200㎚(나노미터)의 극미세 영역 안에 엔진, 클러치, 로터 등의 기계 장치를 탑재하여 프로펠러의 회전과 같은 기능을 수행함. / IBS
기초과학연구원(IBS) 나노의학 연구단은 유전자 신호를 감지해 스스로 클러치를 작동하는 생체 나노로봇을 세계 최초 개발했다. 200nm(나노미터)크기의 극미세 영역 내 엔진, 로터(회전체), 클러치등 기계 장치를 탑제해 특정 질병 인자를 감지하고 세포와 결합해 생체 신호를 조절할수 있다. 참고로 나노미터는 바이러스 정도의 크기로 우리 몸속 세포 중 가장 작은 적혈구의 50분의 1크기이다.
연구진은 독창적인 구조를 설계함으로써 나노로봇에 클러치 장치를 탑재하는데 성공 했다. 화학적 합성법을 통해 제작된 나노로봇은 다공성 구형로터 안에 자성 엔진이 있으며, 로터와 엔진은 각각 DNA로 코팅되어 있다. 로터 표면의 구멍을 통해 환경인자가 내부로 유입되어 특정 유전자 신호를 감지하면, 로터와 엔진에 코팅된 DNA가닥이 서로 결합해 엔진의 힘을 로터로 전달한다.
클러치는 엔진의 동력을 전달(go) 혹은 차단(stop)하는 로봇의 필수 요소. 클러치 나노로봇은 (1)자성 엔진, (2)구형 로터, (3)DNA 클러치이루어져 있음. 20개의 염기서열로 이루어진 DNA 클러치는 무한대에 가까운(4의 20제곱) 정보를 코딩할 수 있음. / IBS
DNA클러치가 작동하면 엔진에서 발생하는 힘이 로터로 전달되어 나노로봇이 헬리콥터의 프로펠러처럼 회전한다. 자성을 가진 엔진을 사용했기 때문에 인테 외부에서 자력을 이용해 무선으로 로봇 제어가 가능하다. 자기장의 방향에 따라 회전력의 발생 방향을 자유자재로 바꿀 수도 있다.
DNA클러치는 20개의 염기서열로 이루어져 있어 무한대에 가까운(1조 개) 질병 인자를 감지하도록 프로그래밍 할 수 있다. 다시말해 무수히 많은 정보를 코딩해 기억 및 연산 기능을 가지는 ‘나노로봇 지능화’가 가능하다는 것을 의미한다.
(상단) 세포와 결합한 클러치 나노로봇의 전자현미경 사진.
(하단) 질병 인자가 존재하는 경우 클러치 나노로봇이 힘을 발생하여, 세포의 유전자 활성을 유도함(활성화된 세포는 빨간색 형광 표시). / IBS
연구를 진행한 천진우 단장은 “정보의 프로그램화가 가능한 클러치가 구현되었다는 것은 자율주행 자동차처럼 로봇이 스스로 주변을 감지하고 판단할 수 있다는 의미”라며, “머지않아 진단이나 치료에 활용할 수 있는 자율주행 나노로봇이 개발될 것”이라고 전망했다.
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