[영화 속 4차산업 기술](12)지.아이.조, 의료·환경 등 다양한 분야에 쓰이는 ‘나노 로봇’
정유경 기자 | 기사작성 : 2019-10-08 18:23
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영화 ‘지.아이.조-전쟁의 서막’ 중 한 장면

영화에서만 볼 수 있었던 미래의 4차산업 기술이 점차 현실화 되고 우리의 생활을 바꾸고 있습니다. 상상력의 보고(寶庫)인 영화 속 미래 기술들은 현실에서 어떻게 구현될 수 있을까요. 뉴스투데이는 앞으로 영화 속 4차산업 기술을 살펴보고 현실 속에서 적용되는 과정을 살펴보겠습니다. [편집자주]


[뉴스투데이=정유경 기자] 영화 ‘지.아이.조-전쟁의 서막’은 원래 암세포 제거 등 치료 목적으로 개발된 나노마이트가 악당의 손에 들어가면서 인류가 직면하는 위협을 흥미진진하게 그린 영화다.

이 영화에서는 가공할 무기 ‘나노마이트’가 등장한다. 금속이라면 뭐든지 먹어치울 수 있어 극 중에서는 파리 에펠탑을 부수기도 한다. 10억 분의 1크기, 눈에 보이지도 않는 기계 곤충의 위력은 상상을 뛰어넘는다. 육중한 탱크조차도 순식간에 기화시켜 버리는 가공할 만한 위력을 보여주지만, 나노마이트의 본모습은 암을 치료하기 위한 치유로봇이다.

또한, 암 판정을 받은 환자가 작은 알약 하나를 삼킨다. 몇 분 후 암세포 근처에 도달한 알약 속 나노로봇이 암세포를 없애는 데 성공한다.

나노마이트와 같은 나노로봇이 과연 실제로도 존재할까?

▲ [사진캡처=유튜브]

나노기술(Nano Technology)은 10억 분의 1미터인 나노미터 단위에 근접한 원자, 분자 및 초분자 정도의 작은 크기 단위에서 물질을 합성하고, 조립과 제어해 새로운 물질을 창조하는 기술을 말한다.

실제 나노(나노미터, nm) 크기는 사람 머리카락 굵기 10만 분의 1, 대략 원자 3~4개의 크기에 해당한다. 이처럼 아주 작은 크기를 의미하는 나노(nano)는 난쟁이를 뜻하는 그리스어 나노스(nanos)를 어원으로 한다.

나노 단위가 되면 화학적 모든 물질이 큰 덩어리에서 작은 덩어리로 쪼개짐에 따라 물질 전체의 표면적이 급격히 커지게 되며, 이로 인해 나노 물질은 특성이 변하거나 독특한 특징을 가지게 된다. 이러한 나노 물질의 성질을 가장 빠르게 적용하고 있는 분야 중의 하나로 ‘의료분야’가 손꼽힌다.

[사진캡처=YTN]
▶캡슐형 초소형 로봇, 줄기세포 기반 의료로봇 등

영국 맨체스터 대학에서는 분자 레벨에서 동작하는 나노 로봇을 개발했다. 150개 정도의 원자로 구성된 이 로봇은 화학물질을 전달하고 제어할 수 있다.

암세포에 영양 공급을 차단해 암 치료에 도움을 주는 나노 로봇도 등장했다. 완전히 자율적으로 움직이는 로봇으로, 크기가 90nm(나노미터)×60nm에 불과하다. 종이접기에 영감을 얻은 ‘DNA 오리가미(종이접기)’ 기술을 이용해 DNA로 만들어졌다. 이는 항암제 등을 사용하지 않기 때문에 다른 항암치료보다 안전하다고 알려졌다.

대구경북과학기술원(DGIST)의 최홍수·문제일 교수와 스위스 취리히연방 공대 브래들리 넬슨 교수 연구팀은 몸속 원하는 부위에 치료용 약물과 세포를 전달하는 캡슐형 초소형 로봇을 개발했다. 추진 장치로는 박테리아를 이용한다. 이 로봇은 로봇에 약물을 붙이는 방식과는 달라서 지정한 위치에 닿을 때까지 안전하게 치료 약물과 세포를 지켜준다.

전남대학교 산학협력단과 마이크로 의료센터는 ‘줄기세포 기반 마이크로 의료로봇’을 개발했다. 인체 안에서 분해되는 구조체에 나노 자성 입자를 붙인 다음 줄기세포를 담을 수 있는 로봇이다. 이 로봇을 주사기를 통해 몸에 주입하면 외부에서 자기장으로 제어해 치료가 필요한 부위에 정확하게 전달할 수 있다.


▶나노로봇, 암세포 종양 축소 성공사례

2018년 미국과 중국 과학자들은 나노로봇으로 암세포의 혈류를 차단해 종양을 축소시키는데 처음으로 성공했다.

미국 애리조나 주립대(ASU)와 중국 과학아카데미 국립 나노과학기술센터(NCNST) 연구팀은 프로그래밍한 나노로봇을 유방암과 흑색종, 자궁암 및 폐암을 일으킨 쥐 모델에 적용해 성공적인 효과를 거뒀다.

애리조나 주립대 바이오디자인연구소 분자디자인 및 생체모방센터 소장인 하오 얀(Hao Yan) 교수는 “매우 정밀한 약물 디자인으로 표적 암 치료를 수행할 수 있는 최초의 완전 자율 DNA 로봇시스템을 개발했다”라며 “더욱이 이 기술은 모든 고형 암에 공급되는 혈관이 기본적으로 같기 때문에 많은 유형의 암에 적용할 수 있는 전략”이라고 밝혔다.

▶나노 소재·로봇을 이용한 환경기술(수질 정화)

수질정화를 할 때는 일차적으로 오염물질을 필터로 걸러낸다. 이 필터의 소재로 ‘그래핀(Graphene)’이 주목받고 있다. ‘그래핀’이란 탄소원자가 육각형 벌집모양을 이루고 있는 소재다.

강도가 철강보다 200배 높고 물에 섞이지 않는 특성을 가지고 있어 수압에 강하고 작은 구멍을 냈을 때 물이 빠르게 여과된다. 이러한 특성에 착안해 영국의 맨체스터 대학 연구진은 그래핀에 나노미터보다 작은 구멍을 내서 물분자보다 큰 소금과 오염물질을 걸러내는 필터를 개발했다.

이 밖에도 초소형 나노로봇을 활용해서 산업 폐수의 중금속과 오염물질을 제거하는 기술, 자외선 양을 조절해서 오염 미생물을 화학물질 없이 제거하는 기술도 상용화되고 있다.


나노기술은 현재 우리 세계가 직면하고 있는 많은 문제들을 해결할 수 있는 잠재력을 가지고 있다. 4차 산업혁명 시대를 맞아 나노로봇에 거는 기대도 더욱 커지고 있다.

4차 산업혁명의 핵심 기술로 일컬어지는 사물인터넷, AI, 빅데이터, 3D프린팅, 생명공학 등과 융합될 경우 어떤 획기적인 혁신을 몰고 올지 모르기 때문이다.

나노로봇 개발은 한국의 미래 먹거리에 최적화된 분야라고 할 수 있으며, 앞으로 무궁무진한 발전 가능성이 있는 분야다.


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