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[IT뉴스]잘 보이지 않는 일꾼들 초소형 로봇…뭉치면 강해진다

온카뱅크관리자

2026-02-28 08:07:29

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 <img alt="초소형 로봇. Luca Donati / lad.studio Zurich 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202602/28/dongascience/20260228080200931wpcd.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="50P4S4wanJ" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202602/28/dongascience/20260228080200931wpcd.jpg" width="658">
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 초소형 로봇. Luca Donati / lad.studio Zurich 제공
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 ○ 먼지인가, 로봇인가? 초소형 로봇
 ● 눈으로 보기 힘든 세상의 일꾼
 “연구원님. 손가락 위에 점이 두 개인데… 둘 다 로봇인가요?” “아, 하나는 티끌입니다.”
 지난 1월 7일 한양대 첨단 소재 및 로봇 공학 연구실에서 마이크로미터 크기의 로봇을 보여주던 양기준 연구원이 두 점 중 티끌을 살짝 털어내며 말했습니다. 남은 한 점은 가로, 세로 길이가 300마이크로미터(100만분의 1미터), 높이는 600마이크로미터로 눈에 간신히 보일 듯 말 듯 작은 로봇이었습니다. 사람의 머리카락 굵기가 보통 100마이크로미터입니다. 이 로봇의 크기는 대략 머리카락 세 가닥을 뭉친 단면만큼입니다.
 이처럼 작은 로봇들을 ‘초소형 로봇’이라고 합니다. 초소형 로봇은 주로 길이나 크기가 수 cm 이하인 로봇들을 넓게 이르는 말입니다. 마이크로미터 단위라면 마이크로봇, 나노미터(10억분의 1미터) 단위라면 나노봇이라고 합니다. 이처럼 몸집이 작은 로봇들은 사람이나 일반적인 크기의 로봇으로는 들어가기 힘든 좁은 공간, 특수한 환경에서도 활동할 수 있습니다.
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 <img alt="지난해 12월 MIT에서 호박벌을 본떠 만든 비행 로봇. Hsiao et al.제공 " class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202602/28/dongascience/20260228080202164gohb.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="FYieXelwJR" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202602/28/dongascience/20260228080202164gohb.jpg" width="658">
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 지난해 12월 MIT에서 호박벌을 본떠 만든 비행 로봇. Hsiao et al.제공 
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 지난해 12월 미국 매사추세츠공과대(MIT) 연구팀은 호박벌의 생김새와 비행법을 모방한 초소형 비행 로봇을 개발했습니다. 이 로봇은 가로, 세로 길이 4cm, 높이 0.9cm, 무게는 1g도 채 안 되는 750mg에 불과합니다.
 그렇지만 1초마다 공중제비 1번을 돌 수 있을 정도로 민첩하고 인공지능(AI)으로 조종할 수 있어서 강한 바람이 불어도 금방 균형을 찾습니다. 일반 카메라를 넣기 힘든 좁은 공간이나 재난, 재해 현장에서 구조 활동을 펼치는 데 활용할 수 있을 것으로 기대됩니다.
 초소형 로봇에 대한 연구는 2020년 이후로 크게 늘어났습니다. 위정재 한양대 유기나노공학과 교수는 “특히 의료 분야에서 수술하지 않고도 약물을 전달하거나 검사에 필요한 물질을 채취할 수 있어, 전 세계적으로 초소형 로봇에 대한 관심이 늘었다”고 말했습니다.
 주로 형태를 자유자재로 바꾸거나 유연하게 움직일 수 있는 소프트 로봇이 초소형으로 많이 만들어지고 있습니다. 생물의 몸이나 행동을 본떠 만들어서 움직임이 부드럽습니다. 
 위 교수는 “실리콘 고무처럼 부드러운 고분자 물질을 기반으로 한 소프트 로봇은 전통적인 로봇보다 제작 비용이 적게 든다”고 말했습니다. 그러면서 “막힌 혈관의 이물질을 제거하는 등 기존에 하기 어려운 일이나 비용이 많이 들던 일을 대체할 수 있다”고 설명했습니다.
 ○ 초소형 로봇의 탄생비결
 ● 틀에 찍고, 레이저로 깎고, 코팅한다
 전통적인 형태와 크기의 로봇은 사람이 직접 구조를 설계하고 부품들을 조립합니다. 크기가 수 mm인 로봇은 3D 프린팅으로 만들기도 합니다.
 하지만 로봇의 크기가 머리카락 굵기보다 작아지면 사람 손으로 조립하는 방식을 쓰기 어렵습니다. 또 이처럼 작은 로봇에는 일반적인 로봇처럼 복잡한 부품이 필요 없는 경우도 많습니다. 그래서 연구자들은 자성 입자와 몰드, 레이저를 활용합니다.
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 <img alt="2020년 대구경북과학기술원(DGIST) 연구팀이 레이저를 이용해 만든 바늘형 마이크로봇의 상상 그림. 몸속에서 원하는 부위에 약물이나 다른 세포를 전달한다. DGIST 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202602/28/dongascience/20260228080203393wmth.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="bRmDbD3Gns" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202602/28/dongascience/20260228080203393wmth.jpg" width="658">
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 2020년 대구경북과학기술원(DGIST) 연구팀이 레이저를 이용해 만든 바늘형 마이크로봇의 상상 그림. 몸속에서 원하는 부위에 약물이나 다른 세포를 전달한다. DGIST 제공
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 자성 입자는 철, 코발트 등 자석에 반응하는 물질로 이루어져 아주 작은 자석처럼 움직이는 입자입니다. 초소형 로봇을 만들 때는 일반 로봇처럼 배터리, 센서, 칩을 모두 몸체 안에 넣는 대신 자성 입자만 넣고 외부에서 자기장을 걸어 로봇의 행동과 이동을 조절합니다. 
 몰드는 마치 붕어빵을 만드는 틀과 같은 역할을 합니다. 몰드에 액체 상태의 고분자 재료, 미세 자성 입자를 부어 굳히면 똑같은 모양의 초소형 로봇이 한 번에 수백 개씩 만들어집니다. 레이저를 이용하는 방식은 3D 프린팅과 비슷하지만 훨씬 더 미세합니다. 
 0.1~1마이크로미터 크기의 매우 정밀한 레이저를 고분자 덩어리에 점점이 쏘아 굳혀서 원하는 모양만 남깁니다. 이 방식으로는 바늘처럼 가느다란 로봇이나, 갈고리처럼 복잡한 형태의 로봇도 만들 수 있습니다.
 하지만 마이크로봇보다 1000배 이상 작은 나노봇은 이러한 방식들로도 만들기 어렵습니다. 그래서 미세 자성 입자에 필요한 재료들을 덧입히는 방식을 씁니다. 2024년 2월 기초과학연구원(IBS) 연구팀은 200nm 크기의 나노봇을 개발했습니다. 
 1~10nm 크기의 입자에 DNA 코팅, 보호용 소재 등을 겹겹이 씌워 동그랗게 만들었습니다. 몸속에서 특정 질병이나 유전자를 만나면 DNA 코팅이 퍼즐 조각처럼 서로 결합해 로봇을 움직이게 합니다. 우리 몸에서 가장 작은 세포인 적혈구보다도 50배나 작지만, 질병을 감시하고 치료를 돕습니다.
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 <img alt="미드저니 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202602/28/dongascience/20260228080204609flgl.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="YrnJ5JvmnL" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202602/28/dongascience/20260228080204609flgl.jpg" width="658">
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 미드저니 제공
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 ○ 티끌모아 천하장사 초소형 로봇
 ● 집단과 자율로 그리는 미래 로봇
 로봇공학자들은 떼를 지어서 움직이는 개미나 벌, 새처럼 로봇들도 여러 대가 서로 역할을 나눠 협력하면 훨씬 큰 힘을 낼 수 있을 것이라고 생각했습니다. 이처럼 여러 대의 로봇을 한꺼번에 조종하거나 움직이는 일을 군집 로봇 기술(Swarm robotics)이라고 합니다.
 2024년 12월 위정재 한양대 유기나노공학과 교수팀은 여러 임무를 수행할 수 있는 초소형 자성 로봇 군집을 개발했습니다. 자기장을 통해 여러 대가 인공혈관, 전선 등에서 함께 움직이며 장애물을 들어 올리거나 파괴합니다. 길을 돌아갈 수 없을 때는 장애물을 뛰어넘을 수도 있습니다. 
 양기준 한양대 첨단소재연구실 연구원은 “한 마리의 개미가 가진 지능과 수백 마리의 개미 군집이 가진 지능은 다르다”고 말했습니다. 그러면서 “개미가 떼를 지어 장애물을 넘거나 뗏목 같은 구조를 만드는 것을 보면서 영감받았다”고 설명했습니다.
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 <img alt="한양대 초소형 자성 로봇 군집이 개미처럼 물체를 옮기는 모습, 양기준, 게티이미지뱅크 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202602/28/dongascience/20260228080205846qufs.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="GAidZdSren" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img3.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202602/28/dongascience/20260228080205846qufs.jpg" width="658">
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 한양대 초소형 자성 로봇 군집이 개미처럼 물체를 옮기는 모습, 양기준, 게티이미지뱅크 제공
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 군집 로봇 기술은 한 대의 로봇이 멈춰도 나머지가 그 빈자리를 메우면서 전체 행동은 유지한다는 장점이 있습니다. 최홍수 미국 매사추세츠대 애머스트 생명의료공학부 교수는 “마이크로봇, 나노봇은 크기와 힘이 극히 적기 때문에 단 한 개로는 의미 있는 작업을 하기 어렵다”고 말했습니다. 
 그러면서 “수백~수천 개의 로봇을 제어해서 그중 일부라도 목표 지점에 도달하게 한다면 임무 성공 확률을 크게 높일 수 있다”고 설명했습니다. 
 또 2024년 11월 미국항공우주국(NASA)은 소형 로봇들이 한 팀으로 우주 바다를 탐사하는 프로젝트의 로봇 모델을 공개했습니다. 이 프로젝트는 여러 대의 소형 수중 로봇을 이용해 다른 행성과 위성의 바다 환경을 조사하는 것이 목표입니다. 
 길이 12cm의 로봇 약 50대를 지름 25cm의 원기둥 모양 탐사선 하나에 담아서 이동시킬 수 있습니다. 에단 샬러 NASA 제트 추진 연구소 로봇 기계 엔지니어 박사는 “작은 로봇 여러 대가 동시에 데이터를 수집하면 더 넓은 영역을 탐사하고 측정 오류도 줄일 수 있다”고 말했습니다.
 군집 행동뿐만 아니라 초소형 로봇 한 대가 스스로 판단하고 행동하는 자율성도 중요한 연구 과제로 떠오르고 있습니다. 지난해 12월 미국 펜실베이니아대와 미시간대 공동 연구팀은 길이 0.2mm의 완전 자율 로봇을 공개했습니다. 
 연구팀은 외부에서 조종하지 않고도 주변 환경에 따라 행동을 바꾸는 초소형 로봇을 만들고자 했습니다. 그래서 수 마이크로미터 크기의 초소형 태양전지 패널, 패널과 비슷한 크기에 전력도 적게 드는 컴퓨터 칩 등을 개발해 로봇에 심었습니다. 
 소금 한 알보다 작은 크기지만 컴퓨터, 센서, 동력 장치 등이 모두 들어 있습니다. 완전 자율 로봇은 사람 눈에 잘 보이지 않는 틈새를 살펴보거나 위험한 장소를 대신 확인하는 데 활용될 수 있습니다.
 ※관련기사 어린이과학동아 2월 1일, 보이지 않는 일꾼들 초소형 로봇
 [조현영 기자 4everyoung@donga.com]
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