과학자들은 식물 하이드로겔을 사용하여 탐색이 가능하고 모양을 바꾸는 마이크로 로봇을 만듭니다.

연구원들은 생검과 같은 의료 절차를 수행하고 세포와 조직에 치료 페이로드를 전달하는 것을 포함하여 잠재적인 생물 의학 응용 분야가 있는 모양이 바뀌고 탐색 가능한 소형 로봇을 만들기 위해 식물 기반 하이드로겔을 개발했습니다.

강성 마이크로 로봇과 달리 소프트 마이크로 로봇은 생물학적 시스템을 쉽게 통과하거나 압착할 수 있기 때문에 조직 친화적입니다. 그러나 문제는 외부 물체이기 때문에 면역 반응을 일으키지 않고 환경을 감지하고 적응할 수 있는 부드러운 마이크로 로봇을 만드는 것입니다.

영국 워털루 대학교 연구원들은 외부 화학적 자극에 반응하여 모양을 바꿀 수 있는 탐색 가능한 마이크로 로봇을 만들기 위해 생체 적합성 식물 하이드로겔을 개발했습니다.

해당 연구의 교신 저자인 하메드 샤사반(Hamed Shahsavan)은 "내 연구 그룹에서 우리는 오래된 것과 새로운 것을 연결하고 있습니다."라고 말했습니다. 우리는 하이드로겔, 액정, 콜로이드와 같은 전통적인 부드러운 소재를 사용하여 새로운 마이크로 로봇을 출시합니다. "

길이가 1cm(0.4인치)에 불과한 작은 소프트 로봇은 지속 가능한 식물 유래 셀룰로오스 나노입자를 포함하는 고급 하이드로겔 복합재로 만들어졌습니다. 생체 적합성 및 무독성일 뿐만 아니라, 이 소재는 자가 치유 기능도 갖추고 있습니다. 접착제나 다른 접착제 없이 절단한 다음 함께 접착하여 다양한 용도에 맞는 다양한 모양을 만들 수 있습니다. 하이드로겔은 화학적으로 자극을 받으면 모양이 바뀌며, 연구원들은 소프트 로봇의 중요한 기능인 셀룰로오스 나노입자의 방향을 마음대로 조정하여 로봇의 모양 변화를 "프로그래밍"할 수 있습니다.

연구원들은 pH에 반응하는 두 개의 소형 로봇을 설계하고 테스트했습니다. 첫 번째 로봇은 pH에 의해 작동될 때 구형 또는 불규칙한 부드러운 생물학적 화물을 잡고, 운반하고, 방출할 수 있습니다. 두 번째 로봇은 Waterloo Engineering이 제작한 아래 비디오에서 볼 수 있듯이 자기장을 사용하여 장거리 탐색을 통해 미로를 통해 가벼운 화물을 이동할 수 있습니다. 미로를 완성한 후 염산으로 인해 로봇이 펼쳐지고 화물을 떨어뜨립니다.

연구원들은 하이드로겔의 pH 반응 특성은 마이크로로봇이 기본적으로 더 높은 pH 수준과 방광과 같은 산성 pH 환경을 견딜 수 있는 능력을 갖춘 인간 장기에 잠재적으로 사용될 수 있음을 의미한다고 말합니다.

연구진은 설계를 개선한 다음 하중 지지력을 높이기 위해 기계적으로 더 강한 하이드로겔 제제를 개발하는 등 실제 응용 분야에서 테스트할 계획입니다. 그들은 또한 치료나 진단에 사용될 수 있도록 로봇을 나노 크기로 소형화할 계획이다.

이 식물성 하이드로겔의 개발은 동물 조직에서 추출된 젤라틴인 천연 고분자로 구성된 하이드로겔에서 벗어나는 것을 의미합니다. 또 다른 최근 연구에서 뉴사우스웨일즈 시드니 대학교(UNSW)의 연구원들은 항균 및 자가 치유 특성을 가지면서 동물성 제품을 사용하지 않고 인간 조직을 모방한 실험실에서 만든 하이드로겔을 만들었습니다.

이번 연구의 제1저자인 애쉴리 응웬(Ashley Nguyen) 박사는 “천연 하이드로겔은 식품가공부터 화장품까지 사회 전반에 걸쳐 널리 활용되고 있지만 동물로부터 채취해야 한다는 점에서 윤리적 문제가 따른다”며 “또한 동물 유래 물질은 부정적인 면역 반응을 일으킬 수 있어 인간에게 사용하기에도 문제가 있다”고 말했다.

UNSW 연구원들은 자기 조립을 촉진하기 위해 지퍼 역할을 하는 여러 개의 트립토판을 포함하는 아미노산의 짧은 사슬인 소위 "트립토판 지퍼"(Trpzip)를 사용하여 하이드로겔을 만드는 방법을 선택했습니다.