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연구

연구성과

연구성과

기계공학부 김호영 교수-재료공학부 선정윤 교수 연구팀

버섯처럼 성장하는 소프트 물질 시스템 개발

2023.01.04.

- 스스로 주변 환경 인지하여 성장 방향을 변경 가능, 탐사 로봇으로의 활용 기대

▲ (왼쪽부터) 서울대 박찬진 연구원, 가천대 박근환 교수, 서울대 선정윤 교수, 서울대 김호영 교수
▲ (왼쪽부터) 서울대 박찬진 연구원, 가천대 박근환 교수, 서울대 선정윤 교수, 서울대 김호영 교수

살아있는 생물처럼, 성장하면서 주변 환경을 스스로 인지하여 성장 방향을 바꾸는 인공 물질 시스템이 보고되었다.

서울대학교 공과대학(학장 홍유석)은 기계공학부(김호영 교수, 박찬진 박사), 재료공학부(선정윤 교수, 이해령 박사), 아주대학교 기계공학과(하종현 교수), 가천대학교 기계·스마트·산업공학부(박근환 교수) 공동 연구팀이 버섯의 성장을 모사하는 인공 물질 시스템을 개발하였다고 밝혔다.

많은 생물들은 성장하면서 외부의 자극을 감지하여 스스로 성장 방향을 바꾸는 특성을 보인다.

식물들은 빛의 방향을 인지해 빛을 향해 성장하고, 버섯을 만드는 곰팡이는 영양분이 많은 곳을 탐지해 양분이 풍부한 쪽으로 성장한다. 식물은 광합성을 통해 에너지를 만들고, 곰팡이는 주변 환경의 영양분을 통해 증식한다. 이러한 주변 환경을 스스로 감지해 성장 방향을 바꾸는 특성은 생물의 생존에 필수불가결한 요소이다.

식물에서 관찰되는 화분관, 뿌리털 등의 세포와 곰팡이의 균사는 모두 성장이 끝 부분에서만 일어난다. 이렇게 성장이 세포의 끝 부분에서만 일어나기 위해서는 특정 조건이 동시에 만족되어야 하는데, 서울대 기계공학부 김호영 교수가 주도한 공동 연구팀은 고분자 용액의 비용매 유도 상분리 현상(Non-solvent Induced Phase Separation, NIPS)을 이용해 해당 조건들을 동시에 만족하고 그 결과 말단 성장을 모사할 수 있는 인공 물질 시스템을 개발하였다고 밝혔다.

끝 부분에서만 성장하는 고분자 용액 기반 시스템은 성장 중에 빛, 접촉, 중력과 같은 외부 자극을 스스로 인지해 성장 방향을 바꾸는 성질을 보였다.

공동 연구팀은 기존의 외부 자극에 반응하는 시스템들이 모두 카메라 등을 이용해 주변 환경의 인지 이후 컴퓨터로 계산된 동작을 하는 반면, 개발된 물질 시스템은 구조적 특성상 인지 및 연산 과정 없이도 외부 자극에 반응할 수 있다고 밝혔다.

▲ (왼쪽부터) 말단 성장을 통해 성장하는 식물의 화분관, 세포의 성장을 모사하는 물질 시스템, 물질 시스템을 성장하는 전선으로 활용하여 회로를 완성했을 때 전구에 불이 켜지는 모습
▲ (왼쪽부터) 말단 성장을 통해 성장하는 식물의 화분관, 세포의 성장을 모사하는 물질 시스템, 물질 시스템을 성장하는 전선으로 활용하여 회로를 완성했을 때 전구에 불이 켜지는 모습

공동 연구팀은 또한 개발된 인공 물질 시스템을 다른 물질을 이송하는 관으로 사용할 수 있다고 밝혔다. 전도성이 있는 액체금속을 이송하여 끊긴 회로를 연결하는 성장하는 전선으로 사용하거나, 물속에서도 물과 잘 섞이는 다른 액체를 유출 없이 수송하는 결과를 보고하였다.

이에 개발된 인공 물질 시스템이 사람이나 컴퓨터와 같은 외부 개입 없이도 스스로 성장 방향을 바꿔가며 주변 환경을 탐사하고, 물질을 이송할 수 있어 향후 사람의 접근이 힘든 극한 환경을 탐사하는 로봇으로 활용될 수 있다고 밝혔다.

한편, 해당 연구 성과는 세계적 국제학술지인 미국국립과학원회보(Proceedings of the National Academy of Sciences)에 1월 3일 게재되었다.

[문의사항]
서울대학교 공과대학 기계공학부 박찬진 / chanjinpark@snu.ac.kr