한국과학기술원(KAIST)은 전성윤·심기동 교수 연구팀이 체외 환경에서 골격근 조직을 제작할 수 있는 ‘바이오 미세유체 시스템’을 개발했다고 27일 밝혔다. ‘칩 위의 실험실’(lab on a chip)이라 불리는 바이오 미세유체 시스템은 ㎛(마이크로미터·100만분의 1ｍ) 크기 지름의 미세한 관 안에서 액체 흐름을 조종해 각종 시료를 처리할 수 있는 시스템이다. 세포나 생체조직 배양 등에 사용된다. 연구팀은 자체 개발한 미세 유체 시스템을 이용, 골격근 조직 배양에 있어 큰 비중을 차지하는 하이드로겔의 구성 성분과 겔화 시간, 세포 농도를 조절해 삼차원 근육 밴드를 제작했다. 제작한 인공근육의 수축력, 반응 속도, 조직 형태, 기계적 특성, 골격근 성장·분화와 관련된 유전자 발현 등을 분석한 결과 골격근 조직이 견고함을 확인했다. 연구팀은 세포가 함유된 하이드로겔의 기계적 특성이 근골격계 조직 발달에 미치는 영향을 확인, 최적의 배양법을 찾았다고 설명했다. 전성윤 교수는 “기존 균일하지 못한 근육 배양 방식에 가이드라인을 제시했다”며 “골격근뿐만 아니라 심장이나 골수와 같은 인공 생체 조직 제작이나 노화·근감소증 연구에 활용할 수 있을 것”이라고 말했다.
배터리 없는 휴대폰, 장시간 비행 드론 실현 가능성 높아져 자연에서 버려지는 자원으로부터 다시 유용한 에너지를 만드는 친환경 신재생 에너지로는 태양광, 풍력, 조력, 파력 등이 있으며 현재 많은 연구가 이루어지고 있다. 이러한 신재생 에너지는 부분적으로 실생활이나 산업에 응용되고 있지만, 더 발전된 성능이나 활용이 필요하다. 인공근육 재료의 실 활용 컴퓨터에 전원을 연결해야 사용할 수 있듯이 인공근육은 에너지를 외부에서 공급해야만 움직일 수 있어서 활용에 제한이 있었다. 이와 관련, 김선정 교수(한양대) 연구팀은 수축이완하거나 회전할 때 전기 에너지를 저절로 생산하는 최첨단 실(yarn)을 개발했다. 이번 연구는 인공근육이 자체적으로 움직일 수 있는 에너지를 생산하고 구동할 수 있다면 더 많은 활용 가능성이 있을 것이라는 아이디어에서 출발했다. 신재생 에너지 분야에서 전기 에너지를 발생시키는 방법은 여러 가지가 시도되고 있지만, 이 연구에서는 인공근육 그 자체, 인공근육 재료의 실을 이용해 전기화학적인 방법으로 전기 에너지를 생산했다. 따라서, 전기화학적인 방법으로 배터리가 없어도 전기 에너지를 스스로 생산할 수 있는 인공근육 실 에너지 하베스터를 개발했다.
KAIST 오일권 교수 연구팀이 화학적 도핑된 그래핀을 이용해 고성능의 인공근육형 작동장치를 개발했다. 이번 개발된 인공근육 작동장치는 기존 기술보다 3배 이상의 굽힘 변형을 보이고 5시간 이상 구동해도 성능을 유지할 수 있다. 최근 플렉서블, 웨어러블 소자에 대한 연구가 활발해지며 인간과 기계 사이의 햅틱(촉각 효과) 기능을 위한 능동형 유연 작동기가 핵심 부품으로 각광받고 있다. 특히 유연성이 떨어져 첨단 전자제품에 적용이 어려운 기존의 기계식 작동기를 대신해 인간의 근육을 모방한 전기에 반응하는 인공근육형 작동기가 관심을 받고 있다. 그러나 기존의 백금이나 금을 기반으로 제작한 인공근육형 작동기는 제작 기간이 일주일 가까이 소요되고 실용성이 떨어지는 한계를 갖는다. 오교수 연구팀은 문제 해결을 위해 그래핀과 화학물질, 전도성 고분자를 이용했다. 황과 질소를 그래핑에 도핑하고 전도성 고분자와 함께 섞어 부드럽고 전도성이 탁월한 유연 전극을 제작했다. 그리고 이를 바탕으로 고성능 인공근육형 작동기를 개발했다. 기존 금속 기반 작동기가 일주일 이상의 제작 기간이 소요되는데 반해 연구팀이 개발한 그래핀-전도성 고분자 전극 적층 방식의 유연 작동기는 2시간 이
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