살아 있는 생명체처럼 주변 환경을 감지해 움직이는 초미세 로봇이 탄생했다. 향후 의료와 환경 분야에서 새로운 전환점을 마련할 것으로 기대된다.
미국 노스캐롤라이나대 연구진은 “유전물질인 디옥시리보핵산(DNA)과 무기물을 결합해 주변 조건에 따라 형태를 바꾸는 꽃 모양의 초미세 로봇을 개발했다”고 20일 국제 학술지 ‘네이처 나노테크놀로지’에 발표했다.
연구의 출발점은 자연이었다. 연구진은 꽃잎이 피고 지는 과정, 산호가 촉수로 물결치듯 움직이는 모습, 생명 조직이 자라나는 형태 등 자연이 보여주는 주기적 패턴을 관찰하며 이를 인공 재료로 구현하고자 했다.
이번에 만든 로봇은 DNA와 무기물을 결합한 특수 결정체로 구성돼 있다. 연구진은 이 로봇에 ‘DNA 꽃’이라는 이름을 붙였다. 이름처럼 DNA 꽃은 몇 초 만에 접히거나 펴질 수 있다. 그 비밀은 꽃 속에 들어 있는 DNA의 배열에 있다.
주변 환경이 산성으로 변하면 DNA 구조 일부가 단단히 접히며 꽃잎이 닫히고, 산성도가 정상으로 돌아오면 다시 느슨해지며 꽃이 열린다. 이러한 단순한 움직임을 통해 화학 반응을 조절하거나 특정 분자를 운반하고 방출할 수 있다. 세포나 조직과 상호작용할 수도 있다.
로닛 프리먼(Ronit Freeman) 노스캐롤라이나대 교수는 “질병이 생기면 자동으로 약을 방출하고, 회복되면 멈추는 스마트 약 캡슐을 모두 꿈꾼다”며 “이론적으로는 이번에 개발한 형태변환 물질로 그런 기능을 구현할 수 있다”고 말했다.
연구진은 DNA 꽃을 인체에 삽입하거나 삼킬 수 있는 형태로 발전시켜, 약물 전달이나 생체 조직 채취 등에 활용할 수 있을 것으로 전망했다. 예를 들어 종양의 산성 환경을 감지하면 DNA 꽃이 약을 방출하고, 종양이 사라지면 작동을 멈추는 식이다.
이 기술은 의료 분야를 넘어 환경 문제 해결에도 활용될 수 있다. 오염된 물속에 들어가 오염 물질을 감지하고 스스로 세정 물질을 방출한 뒤, 임무가 끝나면 자연 분해되는 청소용 로봇으로 변신할 수도 있다. 또 DNA의 높은 정보 저장 능력을 이용하면, 단 한 티스푼의 용액으로 2조기가바이트(GB·1GB는 10억바이트)에 달하는 데이터를 저장할 수 있는 초고밀도 저장 장치로 발전할 가능성도 제시됐다.
이번 연구는 아직 초기 단계지만, 생명체와 기계 사이의 경계를 허무는 중요한 첫걸음으로 평가된다. 프리먼 교수는 “자연이 보여주는 정교한 구조와 움직임을 기술로 옮기려 했다”며 “언젠가는 스스로 생각하고 움직이며 적응할 수 있는 재료를 만드는 것이 목표”라고 덧붙였다.
참고 자료
Nature Nanotechnology(2025), DOI: https://doi.org/10.1038/s41565-025-02026-8
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