벌처럼 무리지어 이동하는 '스마트 물질' 개발

마이크로로봇 등에 활용할 수 있어

▲콜로이드 내에 중심을 벗어난 전하의 비균형성 영향으로 다양하게 형성되는 콜로이드 자기조립 구조체.[사진제공=IBS]

[아시아경제 정종오 기자] 벌과 새처럼 팀웍으로 움직이는 '스마트 물질'이 개발됐다. 생명체처럼 스스로 움직이고 팀웍을 이룰 수 있는 마이크로로봇을 개발하는 데 활용할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

무리지어 이동하는 벌과 철새, 군집을 이루는 박테리아 등 크고 작은 자연계 생명체들은 집단적이면서 조직적 행동패턴을 다양하게 보여준다.

우리나라와 미국 공동 연구팀은 인공적으로 제작한 미세입자들이 상호작용하며 생명체처럼 조직적 형태를 갖추고 행동할 수 있음을 밝혀냈다. 전위차라는 간단한 원리로 생명체 같은 '능동 입자'(active particles)를 구현해 주목받고 있다. 지능을 가진 것처럼 움직이는 입자들은 약물 전달체와 마이크로로봇 등 여러 분야에서 활용될 것으로 기대된다.

기초과학연구원(IBS, 원장 김두철) 첨단연성물질 연구단 스티브 그래닉(Steve Granick) 단장(UNIST 자연과학부 특훈교수)은 미국 노스웨스턴 대학(Northwestern University) 에릭 루이첸 (Erik Luijten) 교수 연구팀과 함께 미세 콜로이드 입자들의 획기적 자기조립 현상을 컴퓨터 시뮬레이션과 실험적으로 구현하는 데 성공했다.

연구팀은 양 쪽 면이 전기적으로 다른 성질을 지난 소위 '야누스 입자'를 활용해 제작이 쉽고 자발적 운동성이 실현된 능동 입자를 만들었다. 마이크로 크기 입자들의 상호작용을 전기적으로 컨트롤함으로써 입자들이 스스로 떼를 지어 이동하고(Swarms), 군집하고(Clusters), 체인 형태(Chains)를 띠는 것을 확인했다.

연구팀은 유리구체의 한 쪽 면에만 금속박막을 입혀 양 쪽 면이 각각 다른 정전기력을 가지도록 했다. 증류수 안에 교류 전압을 가하면 정전기력의 불균형으로 입자간 상호작용이 활발히 발생한다. 일부 입자들은 더 강하게 밀어내고 반면 어떤 입자들은 서로 강하게 끌어당기는 현상을 보였다. 이와 함께 일부입자들은 중립적 모습을 나타냈다.

개별 입자간 역동적인 상호작용은 규칙적이면서도 다양한 군집형태로 '유영'(Swim)하는 형태를 나타냈다.

스티브 그래닉 단장은 "이번 연구를 통해 한 가지 성질을 지닌 동일한 물질의 상호작용으로 다양한 형태의 자기조립 구조체가 형성될 수 있다는 새로운 사실을 발견했다"며 "다양한 물성을 동시에 가지고 있으면서 외부 환경 변화에 따라 원하는 성질이 발현되는 스마트물질 연구가 활기를 띌 것"이라고 말했다.

정종오 기자 ikokid@asiae.co.kr