연구진이 자율 로봇의 크기를 먼지 한 톨 크기로 줄였습니다. 그리고 이 로봇들은 어느 정도 생각할 수도 있습니다.
펜실베이니아 대학교 와 미시간 대학교 연구팀은 가로 200마이크로미터, 세로 300마이크로미터, 높이 50마이크로미터로 소금 알갱이만 한 크기의 초소형 로봇을 제작했습니다. 이 로봇은 액체 속을 헤엄치고, 온도 변화를 감지하며, 스스로 판단하고, 몇 달 동안 작동할 수 있습니다. 로봇 한 대의 제작 비용은 약 1센트입니다.
이 작은 로봇들은 완전 자율 로봇입니다. 전선도, 자기장도, 외부 조이스틱도 필요 없습니다. 육안으로 거의 볼 수 없을 정도로 작은 크기 안에 초소형 컴퓨터, 센서, 추진 시스템이 모두 담겨 있을 뿐입니다.
펜실베이니아 대학교 공과대학의 마크 미스킨 조교수는 사이언스 데일리와 의 인터뷰에서 "자율 로봇의 크기를 1만 배 더 작게 만들었다"며 "이는 프로그래밍 가능한 로봇에 완전히 새로운 가능성을 열어준다"고 말했다.
이번 획기적인 성과는 지난 40년간 로봇공학계를 괴롭혀온 난제, 즉 1mm 이하의 크기로 독립적으로 작동하는 기계를 만드는 방법에 대한 해답을 제시합니다. 전자 부품은 계속해서 소형화되었지만, 로봇은 그 속도를 따라가지 못했습니다. 미스킨은 그 정도 크기에서는 물리 법칙이 매우 가혹하다고 설명했습니다. 물속을 헤쳐 나가는 것은 마치 타르 속을 헤쳐 나가는 것과 같으며, 아주 작은 팔이나 다리는 쉽게 부러진다는 것입니다.
그래서 연구팀은 기존의 설계 방식을 완전히 버렸습니다. 이 로봇들은 팔다리를 구부리거나 펴는 대신, 주변 액체 속의 대전 입자를 밀어내는 전기장을 생성합니다. 이 이온들이 물 분자를 끌어당겨 움직임을 만들어냅니다.
이 방식은 움직이는 부품이 없기 때문에 효과적입니다. 전극은 내구성이 뛰어나 마이크로피펫을 사용하여 샘플 간에 반복적으로 옮겨도 손상되지 않습니다. LED 조명으로 작동하기 때문에 수개월 동안 물속에서 움직일 수 있습니다.
이 로봇에 동력을 공급하는 초소형 태양광 패널은 단 75나노와트의 전력만 생산합니다. 이를 실현하기 위해 미시간 대학 연구팀은 극저전압에서 작동하는 회로를 설계하여 전력 소비를 1,000배 이상 줄였습니다. 또한 소프트웨어 작동 방식을 완전히 재고하여, 일반적으로 여러 명령어가 필요한 작업을 초소형 메모리에 들어갈 수 있는 단일 특수 명령으로 압축했습니다.
그 결과, 완전한 컴퓨터를 탑재한 최초의 1mm 미만 로봇이 탄생했습니다. 프로세서, 메모리, 센서 등 모든 것이 갖춰진 완벽한 패키지입니다. 이 규모로 이러한 로봇을 만든 사람은 이전에는 아무도 없었습니다.
이 로봇들은 섭씨 0.3도( 셀시우스 0.6도) 이내의 정밀도로 온도를 감지할 수 있습니다. 따뜻한 지역으로 이동하거나 세포 활동의 지표로 활용될 수 있는 온도 값을 보고하여 개별 세포를 모니터링할 수도 있습니다.
연구진은 측정값을 전달하기 위해 로봇이 추는 작은 춤의 "움찔거림"에 데이터를 인코딩하는 특별한 명령어를 고안했습니다. 과학자들은 현미경으로 관찰하고 그 메시지를 해독합니다. 미시간 대학교 전기 및 컴퓨터 공학과 교수인 데이비드 블라우는 이것이 꿀벌의 의사소통 방식과 비슷하다고 설명했습니다.
이 로봇들은 빛 펄스를 통해 프로그래밍되며, 이 빛 펄스는 로봇에 전력을 공급하는 역할도 합니다. 각 로봇은 고유한 주소를 가지고 있어 연구원들이 서로 다른 로봇에 각기 다른 프로그램을 로드할 수 있습니다. 로봇들은 독립적으로 작동하거나 그룹을 이루어 협력할 수 있으며, 마치 물고기 떼처럼 초당 최대 몸길이의 속도로 움직입니다.
향후 버전에서는 더욱 복잡한 프로그램을 저장하거나, 새로운 센서를 통합하거나, 더욱 열악한 환경에서 작동할 수 있을 것입니다. 현재 설계는 플랫폼 형태로, 추진 시스템은 대량 생산이 저렴하게 가능한 전자 장치와 연동됩니다.
"이것은 정말 첫 번째 장에 불과합니다."라고 미스킨은 말했다. "우리는 눈에 거의 보이지 않을 정도로 작은 물체에 두뇌, 센서, 모터를 넣고도 몇 달 동안 작동할 수 있다는 것을 보여줬습니다."
그는 "일단 그런 기반이 마련되면, 온갖 종류의 지능과 기능을 덧붙일 수 있다"고 덧붙였다.
