사이보그 해파리...젤라틴과 기계 절반씩 갖춘 청색기술 적용 해파리 개발

심해에서 기후변화 데이터를 수집하고 싶다면 어차피 심해로 내려가는 생물체에 동승하는 건 어떨까? 이것이 바로 과학자들이 한 가지가 아닌 두 가지의 속도 향상 기술을 갖춘 '바이오 하이브리드 해파리'의 탄생으로 이어진 발상이다.

이러한 사이보그(cyborg) 해파리는 존 다비리(John Dabiri) 교수가 이끄는 미국 캘리포니아공대(CalTech) 연구팀이 개발 중이다.

연구팀은 해파리에서 영감을 받은 청색기술을 적용한 유연한 펌프, 심장 조직과 실리콘으로 구성된 인공 해파리, 해파리가 평소보다 3배 빠르게 헤엄칠 수 있도록 하는 심장 박동기와 같은 장치를 개발했다.

마지막 새로운 장치(gizmo)는 CalTech과 스탠포드대의 과학자들이 해파리를 이용해 수온, 염분, 산소 수준 등 기후 변화와 관련된 데이터를 수심에서 수집하는 방법을 모색하는 프로젝트의 일환으로 개발됐다.

해파리는 하루 종일 물기둥을 따라 자연스럽게 위아래로 움직이기 때문에 수면에서 데이터를 기록할 수 있는 센서를 장착하는 것이 합리적이라고 생각했다. 이렇게 하는 것이 완전한 로봇 해파리를 만드는 것보다 훨씬 저렴하고 쉬울 것이다. 하지만 한 가지 문제는 해파리가 너무 느리게 헤엄쳐서 실용적이지 않다는 점이었다.

이 점에서 '페이스메이커'가 도움이 되었다. 해파리 밑바닥에 부착된 이 작은 장치는 전기 펄스를 전달하여 해파리가 앞으로 나아갈 때 사용하는 맥동 운동의 속도를 증가시켰다. 그 결과 해파리의 헤엄치는 속도가 초당 약 2~6cm씩 증가했다.

빠르면 빠를수록 더 좋겠지만.

이러한 사실을 염두에 두고 다비리 교수와 대학원생 사이먼 아누즈치크는 해파리 몸통 상단에 부착하는 3D 프린팅 '포바디(forebodies)'를 만들었다. 이 간소화된 장치는 유체 역학적 항력을 줄이고, 중성 부력이 있어 해파리가 가라앉거나 떠오르지 않으며, 센서와 기타 전자기기를 위한 하우징 역할을 할 수 있다.

해류가 수직으로 흐르는 독특한 수직 수조에서 실시한 실험에서 심박조율기와 앞몸을 모두 장착한 해파리는 같은 무게의 자연산 해파리보다 최대 4.5배 더 빠르게 헤엄치는 것으로 나타났다.

과학자들은 현재 내압성 전자장치를 개발 중이며, 바이오 하이브리드 해파리를 원격으로 조종할 수 있게 만들어 단순히 위아래로 움직이는 것 이상의 일을 할 수 있기를 희망하고 있다. 이 모든 것이 다소 섬뜩하게 들릴지 모르지만, 다비리 교수는 해파리의 복지(?)에 대해서도 어느 정도 고려하고 있다.

그는 "해파리는 열대나 극지방의 바다에서도 잘 번성하고 깊은 곳까지 도달하는 원조 해양 탐험가"라며 "해파리는 뇌가 없거나 통증을 감지하는 능력이 없기 때문에 생명윤리학자들과 협력하여 윤리적으로 원칙을 지키는 방식으로 이 바이오 하이브리드 로봇 애플리케이션을 개발할 수 있었다"고 말한다.

다음 동영상에서 생체공학 해파리가 실제로 작동하는 모습을 확인할 수 있다.

로봇 해파리 탐사대

이 연구 논문은 최근 청색기술 관련 '생물영감(Bioinspiration)' 및 '생물모방학(Biomemetics)' 저널에 게재됐다.