중국 연구진, '인공 근육' 훈련하는 바이오하이브리드 로봇 개발

미래의 체육관에서는 로봇들이 운동하는 모습을 보게 될지도 모른다. 중국 연구진이 살아있는 근육 조직으로 만든 바이오하이브리드 로봇의 운동 능력 향상을 위한 훈련 방법을 개발했다. 이번 연구는 인공 근육을 실제 근육처럼 단련시켜 로봇의 운동 성능을 획기적으로 향상시킬 수 있음을 보여준다고 지난 주말 홍콩에서 발행되는 사우스차이나모닝포스트(SCMP)가 보도했다.

중국과학원 연구팀은 실험실에서 배양한 골격근 조직으로 제작된 바이오하이브리드 로봇이 실제와 같은 민첩성을 얻기 위해서는 인간의 운동과 유사한 훈련이 필요하다는 사실을 밝혀냈다. 연구팀은 인공 근육 성장 과정에서 전기적, 기계적으로 '훈련'을 실시한 결과, 근육 수축 강도가 거의 두 배로 증가하고, 바이오하이브리드 애벌레 로봇의 이동 속도가 기존 모델보다 빨라진다는 것을 확인했다.

연구팀은 동료 심사 저널 'Advanced Functional Materials' 1월호에 발표한 논문에서 "인간 골격근의 훈련 방식에서 영감을 받아 인공 골격근 조직의 성능을 향상시키기 위한 전기 기계 공동 자극 시스템을 제안한다"고 밝혔다.

인간의 근육은 전기 자극과 기계 자극을 모두 활용하여 훈련된다. 연구팀은 이러한 원리를 적용하여 인공 골격근이 성장하는 동안 두 가지 자극을 동시에 가할 수 있는 시스템을 개발했다. 특히, 인공 골격근 조직의 수축력에 대한 실시간 측정을 기반으로 근육 성장 중 기계적 저항을 동적으로 조절할 수 있도록 설계했다.
연구팀은 이 시스템을 활용하여 기존의 다른 바이오하이브리드 로봇보다 빠른 초당 2.38mm의 최대 속도로 움직이는 애벌레 모양의 로봇을 제작했다. 중국과학원 발표에 따르면 인공 근육의 최대 수축력은 98% 증가했으며, 일부 측면에서는 자연 근육과 유사한 성능을 보였다.

기존 연구에서도 인공 골격근 조직 배양을 위한 자극 기술이 제시되었지만, 연구팀은 이러한 방법들이 "자연 골격근의 고유 환경을 제대로 모방하지 못한다"고 지적했다. 새로운 시스템은 근육 수축과 성장을 촉진하기 위해 균일한 전기 자극을 전달하는 전극과 조직 수축 시 기계적 자극을 생성하는 스프링 메커니즘을 사용한다. 또한, 인공 조직의 수축력을 실시간으로 측정하여 자극을 조절할 수 있다.

한편, 지난달에는 인간 근육과 골격 구조를 정밀하게 모방한 휴머노이드 로봇 영상이 공개되어 화제가 되었다. 폴란드 회사 클론 로보틱스가 공개한 이 로봇은 생체 모방 기술을 사용하여 제작되었지만, 살아있는 조직으로 구성되지는 않았다.

반면, 살아있는 조직을 활용한 바이오하이브리드 로봇 개발은 더욱 생생한 로봇 구현을 가능하게 한다. 연구팀은 "로봇 공학 응용 외에도 이번 연구는 조직 공학 분야와 밀접한 관련이 있다"고 설명했다.

현재 인공 골격근 조직은 약물 개발, 재생 의학, 육류 생산 등에 적용되기에는 아직 질감 및 기능적 특성이 부족하다. 하지만 연구팀은 이번 연구 결과를 통해 자연 근육 성장을 더욱 효과적으로 모방함으로써 인공 조직의 기능을 향상시킬 수 있는 방법을 제시했다고 평가했다.

연구팀은 향후 최적의 자극 조건에 대한 추가 연구와 다양한 세포 유형에 시스템을 적용하는 연구를 진행할 계획이다.


신민철 글로벌이코노믹 기자 shincm@g-enews.com