일본 도쿄대, 사람 세포로 만든 살아있는 '얼굴 로봇' 개발

 

▲ 살아 있는 피부를 갖춘 얼굴형 로봇

 

일본 도쿄대 대학원 정보이공학계 다케우치쇼지(竹内昌治) 교수팀이 사람의 피부 세포로 만들어진 ‘배양 피부’를 활용해 얼굴형 로봇을 개발했다고 26일 밝혔다. 이 얼굴형 로봇은 마치 살아있는 것처럼 생생한 피부 조직을 갖고 있다.

 

이번 연구는 인간의 피부지대(皮膚支帯ㆍskin ligament) 구조에서 아이디어를 얻었으며, 생체 조직과 인공물을 접착하는 기술을 활용해 얼굴형 로봇을 제작했다. 이번에 개발된 배양 피부 로봇 제작 기술은 생체 기능을 갖춘 휴머노이드 로봇의 개발 및 활용, 주름의 형성 메카니즘의 이해 등 미용·성형 의료 분야에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

 

연구팀에 따르면, 그동안 개발된 휴머노이드 등 로봇은 실리콘 고무로 외부를 감싸는 방식으로, 사람처럼 부드러운 피부를 갖도록 했다. 실리콘 고무는 부드럽지만 생체조직처럼 자가치유 기능이나 감각 기능, 발한(땀의 배출) 기능을 구현하는 게 쉽지 않다는 한계를 지니고 있다.

 

도쿄대 연구팀은 그동안 사람의 피부 세포로부터 만들어진 배양 피부를 활용해 로봇 피부로 만들겠다는 생각으로 피부 조직으로 감싸져있는 손가락 로봇 등을 개발해 왔다.

 

▲ 연구팀이 개발한 손가락 로봇. 로봇 손가락을 구부리고 펴는 동작을 시연하고 있다.

 

피부 조직을 로봇의 피복 소재로 삼으려면 피부 조직을 로봇에 부드럽게 고정하는 방법을 찾아야한다. 사람의 피부는 피하조직과 부드럽게 면으로 접착되어 있으며 미끄러지지않는 특성을 지니고 있다. 기존 연구는 생체조직을 인공물에 고정할 때 돌기상의 앵커 구조를 이용한다. 돌기가 돌출되는 형상의 앵커 구조는 로봇의 부드러운 외형을 저해하고 움직임에 간섭을 일으키기도 한다.

 

▲ 사람의 피부를 모방한 로봇의 피부 구조

 

연구팀은 사람의 '피부지대'에 주목했다. 피부지대는 콜라겐을 주성분으로 하는 그물코 모양의 섬유구조가 피하조직에 존재한다. 이는 피부조직을 피하조직에 고정하는데 중요한 역할을 한다. 이 조직은 근육의 움직임을 피부에 전달하는데 도움을 준다.

 

연구팀은 피부지대에서 아이디어를 얻어 인공물을 V자로 관통하는 구멍 내부에서 피부조직을 겔(gel)화시켜 고정하는 ‘구멍 형태 앵커 구조’를 개발하고, 이를 이용해 살아있는 배양 피부로 덮인 얼굴형 구조체를 제작했다.

 

이어 앵커 구조의 피부 조직에 동력을 전달하는 방법을 시연하기위해 모터의 동력이 구멍형 앵커를 통해 피부에 전달하는 방식으로 웃는 형태의 얼굴형 로봇도 개발했다.

 

▲ 얼굴형 로봇의 웃는 동작

 

연구팀은 이 기술이 ▲사람과 같은 외형과 능력을 갖춘 소프트 로봇 개발 ▲ 주름의 형성이나 표정에 관한 생리학적인 해명, 화장품 개발 또는 약제 효능 해석 모델 개발 ▲ 이식 소재 활용 등 의료 분야 ▲ 환경 친화적인 생체 소재를 이용한 인공물의 제조 등에 활용될 수 있을 것으로 기대하고 있다.

 

이번 연구 성과는 학술 전문지인 ‘셀 리포츠 피지컬 사이언스’(Cell reports physical science)에 게재됐다.(논문 제목:Perforation-type anchors inspired by skin ligament for the robotic face covered with living skin)

 

 

 

장길수 ksjang@irobotnews.com

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