이웃집과학자

위 영상에 나오는 작은 로봇은 어떻게 앞으로 기어가고 있을까요? 전개도 모양 평면 구조물이 알아서 접혔다 펴지며 기어갑니다. 그뿐 아니라 이 로봇은 구르고, 점프할 수도 있죠.

이 로봇은 '자석'을 이용해 움직이는 건데요. MIT의 Xuanhe Zhao 교수를 비롯한 연구진이 3D프린터를 이용해서 만들었습니다. 작은 자석 입자가 포함된 3D프린터 잉크를 이용했죠. 

이 로봇은 외부 자기장에 의해 각 부분이 다른 방향으로 힘을 받아 움직입니다. 마치 팔다리에 각각 실을 연결해 움직이는 마리오네트처럼, 실의 장력 대신 자기력으로 움직이는 거죠. 바닥에 복잡한 자기장 구조를 만드는 것도 아니고, 단지 자석을 가까이했다 멀리하는 것만으로 움츠리고 펴지며 기어가는 모양을 나타냅니다.

연구진은 3D프린터 노즐에 전자석을 이용했습니다. 따라서 잉크 안 자석입자들은 한 방향으로 정렬된 채로 인쇄됐죠. 이를 통해 각 면을 같은 '자기 도메인(magnetic domain)'으로 만들어냈습니다. 자기 도메인은 같은 자기 쌍극자를 띤 입자들의 모임으로, 외부 자기장에 노출되면 같은 방향으로 힘을 받습니다. 반면 다른 면은 다른 방향으로 반응하도록 한 거죠. 이번 연구는 에 게재됐어요.

따라서 이 로봇은 외부 자기장에 의해 즉각적으로 변할 뿐 아니라, 각각의 부분이 다른 힘을 받아 복잡하게 움직이게 할 수 있습니다. 연구진은 시뮬레이션으로도 이 로봇이 힘을 받으면 어떤 모습으로 변할지 예측했다고 해요.

위 영상은 마치 알약을 구조하는 것 같지 않나요? 로봇이 작은 알약을 감싼 채로 굴러 원하는 지점까지 이동하고 있습니다.

이번에 만들어낸 자석 로봇은 어떤 전기적 장치 없이도 알약 등을 운반할 수 있다는 장점을 가지고 있어 응용분야가 무궁무진합니다. 연구진은 특히 의학분야에 주목했는데요. 혈관 주변에 설치해 혈관을 펌핑하거나, 조직을 추출하고, 특정 지역으로 약을 운반하는 등 여러가지로 응용할 수 있을 거라고 기대하고 있습니다.

Magnetic shape-shifters

Printing ferromagnetic domains for untethered fast-transforming soft materials