최근 몇 년 사이 인공지능(AI)기술이 빠르게 발전하면서 스스로 판단하고 움직이는 로봇에 대한 관심도 커지고 있다.
이런 가운데 지난해 12월 맨눈으로 거의 확인하기 어려울 정도로 작은 완전 자율형 로봇이 등장했다. 미국 펜실베이니아대와 미시간대 공동 연구진이 국제 학술지 '사이언스 로보틱스'과 '미국 국립 과학원 회보(PNAS)'에 관련 내용을 발표한 마이크로봇은 소금 알갱이보다도 작지만, 주변 환경을 감지하고 판단해 스스로 움직일 수 있다.
이 로봇의 가장 큰 특징은 '크기'다. 연구진이 만든 자율형 마이크로봇은 가로 0.2㎜, 세로 0.34㎜, 두께 0.050㎜로 바다이야기무료머니 머리카락 굵기의 몇 분의 일 수준에 불과하다. 극도로 작은 몸체 안에 로봇으로서 기능하기 위한 컴퓨터(프로세서)와 메모리, 주변 환경을 감지하는 센서와 통신 장치, 전원 공급 장치인 초소형 태양 전지가 모두 탑재되어 있다.
수십 년 동안 전자기기는 점점 더 작아져 왔으나 로봇공학 분야에서 1㎜ 이하 크기인 동시에 독립적으로 작동하는 로봇 사이다릴게임 을 만드는 일은 수십 년 이상 난제로 여겨졌다.
문제는 세포 수준의 미시 세계에서는 많은 힘이 다르게 작용한다는 점이다. 가령 보통의 로봇은 팔다리를 움직이며 이동할 수 있지만 1㎜보다 작은 로봇에는 표면적에 저항하는 힘이 크게 작용한다. 이러한 미시 세계의 난점을 극복하려면 새로운 추진 시스템을 설계해야 했다.

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일러스트=이명헌 작가.


연구진은 로봇 스스로 움직이는 대신 주변의 물을 이용했다. 로봇 다리 부분에 배치된 백금 전극에 미세 전류를 흘리면 전기장이 생성되어 주변 액체 속 이온이 미세하게 움직인다. 또 이 이온이 주위의 물 분자를 밀어내면 바다이야기고래 서 로봇이 움직이게 된다.
이러한 전기동력학적 추진 기술은 전기장의 세기와 방향을 조절하여 직선 이동은 물론 회전, 군집 이동 등 복잡한 패턴으로도 움직일 수 있다. 전극으로 움직이는 부품이 없기에 로봇의 내구성이 좋은 것도 장점이다.
움직임 문제를 해결한 연구진은 초소형 뇌를 만드는 데도 도전했다. 연구진은 스마트폰이나 황금성사이트 센서 칩 제작에 사용되는 표준 반도체 공정(CMOS)을 활용했다.
CMOS 회로는 전력 소모를 줄이면서도 높은 집적도를 구현하기 적합하다. 이에 더해 연구팀은 제한된 에너지 환경에서 컴퓨터가 작동하도록 회로 구조 자체를 재설계하여 컴퓨터의 전력 소비량을 천 배 이상 줄였다.
스스로 움직이고 사고할 수 있게 된 초소형 로봇은 섭씨 0.3도 이내의 정밀도로 온도를 감지하는 전자 센서를 통해 다양한 일을 해낸다. 연구진은 로봇이 측정한 온도를 숫자가 아닌 특정한 움직임 패턴으로 보고하도록 했다. 로봇이 온도 값에 맞추어 입력된 춤 동작을 수행하면 연구진이 카메라가 달린 현미경으로 이를 해독하는 식이다.
매우 작은 크기로 공간을 탐색하고 온도를 정밀하게 보고하는 두 기능의 결합은 세포 수준의 생명과학 분야에 쓰임새가 클 것으로 보인다. 가령 생명체의 몸 안에 들어간 로봇은 체내 시스템에서 온도가 상승하는 곳으로 이동하거나 세포 활동의 지표인 온도를 보고하여 개별 세포의 건강 상태를 보고할 수 있다.
무엇보다 주목할 사실은 이 마이크로봇이 하나의 범용 플랫폼처럼 설계되었다는 점이다. 빛만 있으면 수 개월간 작동할 수 있고, 개당 제작 비용이 1센트에 불과한 로봇은 센서와 명령어를 바꾸는 것만으로 전혀 다른 임무를 수행할 수 있다.
1㎜보다 작은 세계에 맞춰 설계된 로봇은 의학과 미세 제조뿐 아니라 아직 포착되지 않은 무한한 가능성을 안고 초소형 로봇공학의 새로운 문을 열고 있다.

이준기 기자 bongchu@dt.co.kr