전자 “뇌”가 스마트 마이크로 로봇을 걸음하게 한다

콘奈尔 대학교의 연구팀은 100에서 250 마이크로미터 크기의 태양 전지로 구동되는 로봇에 전자 “뇌”를 설치하여 外部적으로 제어되지 않고 자율적으로 걸을 수 있도록 했습니다.

새로운 연구 논문인 “마이크로 로봇에 탑재된 디지털 제어“는 Science Robotics에 발표되었습니다.

연구자들은 이미 기어다니는, 수영하는, 접히는 등 다양한 능력을 가진 미세 기계를 개발했습니다. 그러나 이러한 동작을 생성하고 전기적 에너지를 공급하기 위해선 항상 전선을 사용해야 했거나, 레이저 빔을 로봇의 특정 위치에 집중시켜야 했습니다.

이타이 코헨은 물리학 교수입니다.

“이전에는 이러한 ‘끈’을 조작해야만 로봇에서 어떤 반응이라도 얻을 수 있었지만, 이제는 로봇에 탑재된 뇌 덕분에 더 이상 끈을 조작할 필요가 없습니다. 마치 인형을 조종하는 것과 같습니다. 피노키오가 의식을 가진 것과 같습니다.”

새로운 개발은 세균을 추적하거나 화학 물질을 식별하거나 오염 물질을 제거하는 등 다양한 일을 할 수 있는 미세 기기의 새로운 세대를 열어줄 수 있습니다.

연구팀은 코헨, 알료샤 마오니어, 전기 및 컴퓨터 공학 부교수; 폴 맥윈, 물리과 교수의 연구실에서 연구했습니다. 연구 논문의 제1저자는 마이클 레이놀즈 박사입니다.

전자 “뇌”는 무엇인가?

연구팀이 말하는 전자 “뇌”는 보완 금속 산화물 반도체(CMOS) 클록 회로로, 1,000개의 트랜지스터와 다이오드, 저항, 커패시터의 배열로 구성되어 있습니다. 통합된 CMOS 회로를 통해 로봇의 걸음새를 설정하는 위상 이동된 사각파 주파수를 생성하는 신호를 생성할 수 있습니다. 로봇의 다리는 백금 기반의 작동기이며, 회로와 다리는 모두 태양 전지로 구동됩니다.

“최종적으로, 명령을 통신할 수 있는 능력으로 로봇에 지시를 줄 수 있을 것이며, 내부 뇌가 어떻게 수행할지 결정할 것입니다.” 코헨은 말합니다. “그럼 로봇과 대화할 수 있습니다. 로봇이 환경에 대해 알려줄 수 있으며, 우리는 그것에 대해 반응하여 ‘좋습니다, 거기서 무슨 일이 일어나고 있는지 확인해 보세요’라고 말할 수 있습니다.”

온보드 CMOS 전자 장치를 갖춘 거대 로봇은 이 새로운 로봇보다 약 10,000배 더 크며, 이 로봇은 10 마이크로미터 초당보다 더 빠른 속도로 걸을 수 있습니다.

연구팀이 개발한 혁신적인 제조 공정은 미세 로봇을 자신의 애플리케이션, 즉 화학 물질 감지기 또는 광전지 ‘눈’을 통해 빛의 변화를 감지하여 로봇이 탐색할 수 있도록 도와주는 플랫폼을 제공했습니다.

“이것은 매우 복잡하고, 고도로 기능적인 미세 로봇을 상상할 수 있게 해주며, 높은 程度의 프로그래밍 가능성과 통합된 작동기뿐만 아니라 센서도 갖추고 있습니다.” 레이놀즈는 말합니다. “의학 분야에서 응용할 수 있는 것들, 즉 조직에서 움직이고 좋은 세포를 식별하고 나쁜 세포를 제거할 수 있는 것들; 그리고 환경 복원 분야에서, 오염 물질을 분해하거나 위험한 화학 물질을 감지하고 제거할 수 있는 로봇이 있습니다.”