전자 “뇌”가 스마트 마이크로 로봇을 걸음하게 함

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

새로운 연구 논문은 “마이크로 로봇에 탑재된 디지털 제어“라는 제목으로 Science Robotics에 발표되었습니다.

연구자 그룹은 이미 기어다니는, 수영하는, 접히는, 더 많은 기능을 가진 마이크로 기계를 개발했습니다. 그러나 움직임을 생성하고 전기 전류를 공급하기 위해선 항상 와이어가 필요했고, 레이저 빔을 로봇의 특정 위치에 집중해야 했습니다.

이타이 코헨은 물리학 교수입니다.

“이전에는 로봇에서 어떤 반응을 얻으려면 실제로 이러한 ‘끈’을 조작해야 했지만, 이제는 로봇에 이러한 뇌가 탑재되어 있으므로, 꼭두각시의 끈을 제거한 것과 같습니다. 피노키오가 의식을 얻은 것과 같습니다.”

새로운 개발은 세균을 추적하고, 화학 물질을 식별하고, 오염 물질을 제거하는 등 다양한 기능을 하는 마이크로 디바이스의 새로운 세대를 도입할 수 있습니다.

팀에는 코헨, 알로샤 마오니어, 전기 및 컴퓨터 공학 부교수; 폴 맥유언, 물리 과학 교수의 연구소에서 온 연구자들이 포함되었습니다. 논문의 주요 저자는 포스닥 연구원 마이클 레이놀즈입니다.

전자 “뇌”는 무엇인가?

연구 팀이 말하는 전자 “뇌”는 천이 금속 산화물 반도체 (CMOS) 클록 회로로, 1,000개의 트랜지스터와 다이오드, 저항기, 캐패시터의 배열로 구성됩니다. 통합된 CMOS 회로를 통해 로봇의 걸음걸이를 설정하는 일련의 위상 이동된 사각파 주파수를 생성하는 신호를 생성할 수 있습니다. 로봇의 다리는 백금 기반 작동기이며, 회로와 다리는 모두 광伏에 의해 구동됩니다.

“결국, 명령을 통신할 수 있는 능력으로 로봇에 지시를 줄 수 있을 것이며, 내부 뇌가 그것을 수행하는 방법을 결정할 것입니다.” 코헨은 말합니다. “그때 우리는 로봇과 대화를 나눌 것입니다. 로봇이 그들의 환경에 대해 우리에게 어떤 정보를 줄 수 있을 것이며, 우리는 그것에 반응하여 ‘좋은, 거기에 가서 무슨 일이 일어나고 있는지 확인해 보세요’라고 말할 것입니다.”

온보드 CMOS 전자 회로를 갖춘 매크로 스케일 로봇은 이 새로 개발된 로봇보다 약 10,000배 크며, 로봇은 10 마이크로미터당 10초보다 빠른 속도로 걸을 수 있습니다.

팀이 개발한 혁신적인 제조 공정은 다른 연구자들이 마이크로 로봇에 자신의 앱을 탑재할 수 있는 플랫폼을 제공했으며, 이는 화학 감지기 또는 로봇이 빛의 변화를 감지하여 탐색하는 것을 도와주는 광伏 “눈”을 포함할 수 있습니다.

“이것은 실제로 복잡하고, 고도로 기능적인 마이크로 로봇을 상상할 수 있게 해주며, 높은 程度의 프로그래밍 가능성과 함께 작동기뿐만 아니라 센서와 통합될 수 있습니다.” 레이놀즈는 말합니다. “의학 분야의 응용에 대해 흥미를 느끼고 있습니다. 조직에서 움직이고良い 세포를 식별하고 나쁜 세포를 죽일 수 있는 것과 같은 환경 복원에서, 유해한 화학 물질을 감지하고 제거할 수 있는 로봇이 있다면 좋을 것입니다.”