연구자들, 쥐 근육과 척수 조직으로 작동하는 작은 “스피노봇” 개발

로봇공학 분야에서 중요한 발전이 이루어졌습니다. 일리노이 주 어바나-샴페인 대학교(University of Illinois at Urbana-Champaign)의 연구자들은 쥐 근육과 척수 조직으로 작동하는 작은 “스피노봇”을 개발했습니다. 이 로봇은 3D 프린팅된 하이드로겔 골격 위에 척수 조직이 존재하며, 자연스러운 리듬으로 걸을 수 있습니다.

이전의 생물 로봇은 단순한 근육 수축으로 이동했습니다. 그러나 척수 조직을 사용함으로써, 새로운 로봇은 더 자연스러운 리듬으로 걸을 수 있습니다.

마사 길레트(Martha Gillette) 박사는 세포 및 발달 생물학 교수이자 이 연구의 책임자입니다.

길레트 박사는 “이것은 상호작용하는 생물학적 장치의 시작입니다. 신경 컴퓨팅과 재생의학에 적용될 수 있습니다”라고 말했다.

이 연구 결과는 APL 바이오엔지니어링 저널에 발표되었습니다.

스피노봇 제작

연구자들은 먼저 작은 골격을 3D 프린팅했습니다. 이 골격에는 두 개의 다리 역할을 하는 기둥과 유연한 “등뼈”가 있습니다. 이후 근육 세포를 심어 근육 조직으로 성장시켰습니다. 또한 쥐의 허리 척수 조직을 추출하여 이를 통합했습니다.

콜린 카우프만(Collin Kaufman)은 이 연구의 공동 저자이자 대학원 학생입니다.

카우프만은 “우리는 이전 연구에서 허리 척수가 하체의 왼쪽-오른쪽 교대 운동을 제어하는 회로를 포함하고 있음을 알았습니다. 엔지니어링 관점에서, 신경 세포는 더 복잡한 근육 운동을 구동하는 데 필요합니다. 그러나 이전에誰도完整한 척수 조직을 배양한 적이 없었습니다”라고 말했다.

척수 조직 통합 방법 설계

연구자들은 척수 조직을 추출하고 배양하며, 로봇에 통합하는 방법을 개발했습니다. 이를 통해 근육과 신경 조직을 함께 배양할 수 있었습니다. 신경 세포가 근육과 연결되는 것을 확인하기 위해, 글루타메이트(glutamate)를 사용했습니다. 글루타메이트는 신경이 근육에 수축 신호를 보내는 데 도움을 주는 신경전달물질입니다.

글루타메이트를 사용하여 근육 수축을 유도했습니다. 이는 척수 조직이 로봇의 다리를 자연스러운 리듬으로 움직일 수 있음을 의미합니다.

글루타메이트를 제거하면, 로봇은 더 이상 걸을 수 없습니다.

연구자들은 스피노봇의 움직임을更加 자연스럽게 만들기 위해 다음 단계를 계획하고 있습니다. 또한 척수 조직을 사용하여 말초 신경계의 시험 모델을 만들 수 있을 것입니다.

카우프만은 “말초 신경계의 시험 모델을 개발할 수 있다면, ALS와 같은 신경 퇴행성 질환을 연구하기 위해 더 쉽게 접근할 수 있을 것입니다. 또한 이 기술은 외과 수술 훈련 도구로 사용될 수 있습니다. 이는 실제 생물학적 조직으로 만들어진 연습 더미나 실제 수술을 수행하는 데 도움을 줄 수 있습니다. 이러한 응용 분야는 아직 먼 미래의 이야기이지만,完整한 척수 회로를 포함하는 것은 중요한 발전입니다”라고 말했다.