[알쏭달쏭 과학세상 (17)] 신체일부 대신할 인공근육 가능할까

[알쏭달쏭 과학세상 (17)] 신체일부 대신할 인공근육 가능할까
기사입력 2012.02.01 17:11:24 | 최종수정 2012.02.08 17:18:08

지난해 대구세계육상선수권대회에 참가한 `의족 스프린터` 오스카 피스토리우스는 대회에 서지 못할 뻔했다. 국제육상경기연맹(IAAF)에서 의족을 착용하면 다른 선수보다 경기력이 좋아질 수 있다며 부정적 의견을 제시했기 때문이다. 피스토리우스 측은 발을 디디고 도약할 때 에너지 손실이 크고, 엉덩이로만 힘을 내야 해 근육 활동량도 더 많다며 반박했다. 이처럼 사고나 장애 등으로 신체의 일부를 절단한 경우 이를 대체할 의족, 의수 등 의지(義肢)를 사용한다. 하지만 최신 과학기술을 총동원해 만든 이런 의지도 실제 신체 기능을 100% 대신하지는 못한다. 특히 근육을 다쳤을 때 손상된 근육을 대체하는 인공근육은 아직 상용화된 적이 없다. 근육은 몸과 결합해 유기적으로 기능하게 만들기가 매우 어렵다. 일단 뼈에 잘 붙으면서 탄력이 좋고, 몸에 넣어도 안전한 소재부터 구하기가 쉽지 않았다. 2000년대 들어 나노기술이 발전하면서 전 세계 과학자들은 다시 인공근육 연구에 나섰다. 최근에는 사람 근육을 구성하는 근섬유처럼 수축과 이완이 가능한 물질 연구가 활발하다. 김선정 한양대 전기ㆍ생체공학부 교수팀은 생체 근육과 비슷하게 구동할 수 있는 `DNA 인공근육` 소재를 개발했다. DNA분자는 주변에 양이온이 있으면 꼬임 모양으로 변형을 일으켜 근육 역할에 적합하다. 다만 DNA가 액체 속에 들어가면 쉽게 녹아버리는 것이 단점이다. 연구팀은 이온액체와 DNA분자를 활용해 생체조직처럼 부드러우면서도 강한 `하이드로겔` 형태를 만들었다. 또 이 근육 소재에 쓰인 전기 열전도성이 좋은 탄소나노튜브(그래핀과 같은 탄소계열 신소재로 가늘고 긴 대롱 모양의 탄소구조가 특징)와 탄소원자가 축구공처럼 결합한 풀러린(탄소원자가 60개 모인 탄소분자) 같은 나노구조체는 전기가 통하게 해 인공근육이 움직일 수 있도록 하는 역할을 맡는다. 하지만 세계적으로 인공근육 분야는 아직 기초 연구 단계다. 김 교수팀의 DNA 인공근육도 근육이 몸에서 에너지원을 얻듯이, 직접 에너지원을 얻어 움직일 수 있게 하는 원동력이 필요하다. 따라서 연구팀은 체내에서 포도당을 분해할 때 생기는 에너지를 기반으로 `나노바이오연료전지`를 개발하고 있다. 대뇌에서 신호를 보내면 이를 운동에너지로 바꾸는 시스템도 연구 중이다. 김 교수는 "지금까지 인공근육 소재는 `젤리`형태에 가까워 기계적인 강도가 약했지만, DNA 인공근육 소재는 이런 측면을 좀 더 보강한 것"이라고 설명했다. 개발 중인 인공근육이 사람의 손상된 근육을 대체하기까지는 아직 가야 할 길이 멀지만, 바이오센서나 생체모방 로봇 등에는 적용할 수 있다. 곤충 모양을 한 마이크로로봇 등의 모터를 이런 근육 소재로 만들어 더 세밀하고 자연스러운 움직임을 구현하는 것이다. ※한국연구재단 공동 기획 [이유진 기자] [ⓒ 매일경제 & mk.co.kr, 무단전재 및 재배포 금지]