연구진, 비생체 물질에서 생명체를 모방하는 새로운 과정 발견

델프트 공과 대학의 연구진은 비생체 물질, 즉 로봇에서 생명체를 모방하는 새로운 과정을 발견했다. 이 새로운 과정은 비생체 물질을 제어하는 데 연료를 사용한다. 이는 살아있는 세포에서 일어나는 것과 유사하다.

연구진은 이 반응 주기가 다양한 물질에 적용될 수 있다고 말한다. 또한 그 속도를 제어할 수 있어 이 새로운 분야에서 많은 기회가 열릴 수 있다. 이 새로운 개발은 미래의 소프트 로봇틱스에서 중요한 역할을 할 수 있다. 소프트 기계는 환경을 감지하고 적절하게 반응할 수 있다.

연구진의 발견은 네이처 커뮤니케이션즈에 발표되었다.

생체 내 화학 반응을 모방하는 것

화학자 리엔크 엘케마와 그의 팀은 생체 내에서 일어나는 화학 반응을 모방하고 있다. 이 반응은 세포를 제어하는 데 필요한 연료를 제공한다. 비생체 물질에서도 이러한 반응이 일어나지만 제한이 있다.

“지금까지 연구자들이 널리 사용하는 반응은 약 5가지 정도이다.” 엘케마는 말한다. “그러나 이러한 반응에는 두 가지 주요 단점이 있다. 첫째, 속도를 제어하기 어렵고, 둘째, 특정 분자 집합만 작동한다.”

연구의 주요 저자 벤자민 클렘과 함께, 엘케마는 속도를 효과적으로 제어할 수 있는 새로운 유형의 반응을 발견했다. 이 반응은 다양한 물질에서 작동한다.

“반응 주기의 본질은 화학 연료를 추가하여 비전하와 전하를 전환할 수 있다는 것이다.” 엘케마는 계속한다. “이로 인해 물질을 변경하고 구조를 수정할 수 있다. 동일한 전하는 서로를 밀어내고, 다른 전하는 서로를 끌어당긴다. 연료의 유형과 양은 반응 속도를 결정하며, 따라서 전하와 구조가 존재하는 시간을 결정한다.”

연구진은 반응 주기를 사용하여 하이드로겔을 충전했으며, 이는 전하가 서로를 밀어내고 젤이 부풀어 오르는 결과를 낳았다.

소프트 로봇 구축에서의 역할

연구자들은 화학 반응 주기가 소프트 로봇 구축에서 역할을 할 수 있다고 말한다.

“소프트 로봇은 이미 존재한다. 예를 들어, 외부에서 자기장이나 전기장으로 제어되는 미세 입자이다. 그러나 궁극적으로 로봇이 스스로 제어되기를 원한다. 즉, 로봇이 자신의 위치와 상황을 인식하고 적절하게 반응하도록 한다.” 엘케마는 말한다. “우리의 주기를 미리 프로그램하고 나서 로봇을 독립적으로 작동시킬 수 있다. 로봇은 신호를 받으면 자동으로 기능을 수행한다.”

엘케마는 이제 신호 처리를 과정에 추가할 계획이다. 이는 환경과 연결될 것이다.

“예를 들어, 폴리머 입자는 이러한 주기의 일부 구성 요소를 포함할 수 있다.” 그는 말한다. “마지막 부분의 반응이 완료되면 주기가 완료되고, 이는 분해되거나 부풀어 오르는 신호와 같은 신호가 된다.”

인간과 다른 생물의 세포는 기능을 수행하기 위해 에너지가 필요하다.

“그것이 우리가 왜 음식을 먹어야 하는지 이유이다.” 엘케마는 설명한다. “에너지와 기능을 연결하는 것은 화학 반응을 통해 일어난다. 이는 생명체를 정의한다. 세포는 구조를 형성하거나 프로세스를 수행하는 시기와 장소를 제어할 수 있다. 지역적으로 그리고 제한된 시간 동안이다.”

반면, 비생체 물질은 에너지 공급 없이도 기능할 수 있고 영원히 존재할 수 있다. 화학 연료를 사용하여 비생체 물질의 상호작용을 구동할 수 있는 과정은 10년 전까지 존재하지 않았다.

“우리는 델프트에서 이것을 소개했으며, 몇몇 다른 곳에서도 vậy이다. 그리고 그 이후로 이 분야가 폭발적으로 성장했다.” 엘케마는 결론을 내린다.