인간 근육을 이용한 바이오하이브리드 손 제스처

일본 도쿄대와 와세다대의 한 팀이 물체를 움직이고 가위 동작을 할 수 있는 바이오하이브리드 손을 만들었습니다. 연구자들은 실험실에서 키운 근육 조직의 얇은 끈을 초밥과 같은 롤로 묶어 손가락에 수축할 수 있는 충분한 힘을 주었습니다.

연구자들이 만든 이 다중 근육 조직 액추에이터(MuMuTA)는 더 큰 바이오하이브리드 팔다리를 만드는 데 중요한 개발입니다. MuMuTA는 현재 실험실 환경에 국한되어 있지만, 미래의 바이오하이브리드 보철물을 발전시키고, 근육 조직에 대한 약물 테스트를 돕고, 바이오하이브리드 로봇공학의 잠재력을 확대하여 실제 형태를 모방할 수 있는 잠재력이 있습니다.

"가위, 바위, 보"는 고전적인 학교 운동장 게임이거나 우유부단한 사람들이 결정을 내리는 재빠른 방법입니다. 하지만 보를 선택하면 가위 제스처의 기술을 터득한 이 로봇 손에 지게 될 것입니다. 그리고 간단한 동작처럼 보일지 몰라도, 바이오 하이브리드와 인공 사지의 영역에서 이는 새로운 수준의 사실성과 사용성을 향한 도약입니다.

손은 3D로 인쇄된 플라스틱 베이스로 만들어졌으며, 손가락을 움직이는 인간 근육 조직의 힘줄이 있습니다. 지금까지 바이오 하이브리드 장치는 일반적으로 훨씬 작은 크기(약 1cm 길이)이거나 더 간단하거나 단일 관절 움직임으로 제한되었습니다.

반면 바이오 하이브리드 손은 길이가 18cm이고 다중 관절 손가락을 가지고 있어 개별적으로 움직여 제스처를 하거나 조합하여 물체를 조작할 수 있습니다.

"저희의 주요 업적은 MuMuTAs를 개발한 것입니다. 이것은 배양 배지에서 자란 근육 조직의 얇은 가닥이며, 각 힘줄을 만들기 위해 초밥 롤처럼 묶음으로 말아 만든 것입니다." 도쿄 대학의 쇼지 타케우치 교수가 설명했습니다.

"MuMuTAs를 만들면서 저희는 손의 큰 구조를 구동하기에 충분한 수축력과 근육의 길이를 확보하는 것이 가장 큰 과제였던 것을 극복할 수 있었습니다."

더 큰 팔다리를 움직이는 데 필요한 두꺼운 근육 조직은 괴사를 겪기 때문에 실험실에서 키우기 어렵습니다. 이는 근육의 중심에 충분한 영양분이 도달하지 못해 조직이 손실되는 경우입니다. 그러나 여러 개의 얇은 근육 조직을 묶어 하나의 큰 근육처럼 작용시킴으로써 팀은 충분한 강도의 힘줄을 만들 수 있었습니다.

MuMuTA는 방수 케이블을 통해 전달되는 전류를 사용하여 자극됩니다. 손의 능력을 테스트하기 위해 팀은 새끼손가락, 약지, 엄지를 수축하여 가위 제스처를 형성하도록 손가락을 조작했습니다. 또한 손가락을 사용하여 피펫 끝을 잡고 움직였습니다.

이는 다관절 손가락이 개별적으로 또는 동시에 구부릴 수 있기 때문에 손이 다양한 동작을 모방할 수 있는 능력을 보여주었으며, 인상적인 업적입니다.

하지만 실제 근육 조직을 사용하는 데는 몇 가지 단점이 있습니다. 헬스장에 가본 사람이라면 누구나 알 수 있을 것입니다. "전혀 놀라운 일은 아니지만, 조직의 수축력이 감소하고 10분간 전기 자극을 받은 후 피로 징후가 보였지만, 휴식을 취한 지 불과 1시간 만에 회복되었다는 점이 흥미로웠습니다. 살아있는 조직과 유사한 회복 반응을 공학적 근육 조직에서 관찰한 것은 놀랍고 흥미로운 결과였습니다."라고 타케우치는 말했습니다.

현재 손은 액체에 매달려 있어야 근육을 손에 연결하는 "앵커" 또는 끈이 마찰 없이 떠서 손가락이 매끄럽게 움직일 수 있습니다. 그러나 연구팀은 추가 개발을 통해 자유롭게 움직이는 손을 만드는 것이 가능할 것이라고 믿습니다.

현재 디자인의 또 다른 과제는 손가락을 의도적으로 직선 시작 위치로 되돌릴 수 없고, 떠서 제자리에 고정한다는 것입니다. 탄성 소재를 추가하여 제자리로 다시 고정하거나, 손가락 뒤쪽에 반대 방향으로 수축하는 MuMuTA를 더 추가하면 손가락 움직임을 더 잘 제어할 수 있습니다.

"바이오 하이브리드 로봇의 주요 목표는 생물학적 시스템을 모방하는 것이며, 이를 위해서는 크기를 확장해야 합니다. MuMuTA 개발은 이를 달성하기 위한 중요한 이정표입니다."라고 타케우치는 말했습니다.

"바이오 하이브리드 로봇 분야는 아직 초기 단계에 있으며, 극복해야 할 근본적인 과제가 많습니다. 이러한 기본적인 장애물이 해결되면 이 기술은 고급 보철물에 사용될 수 있으며, 근육 조직이 생물학적 시스템에서 어떻게 기능하는지 이해하고, 근육 조직을 표적으로 하는 수술 절차나 약물을 테스트하는 도구로 사용될 수도 있습니다."

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/02/250212151423.htm