인공지능(AI) 기술이 가속되고 센서 기술 등이 발전되면서 혁신적인 인지 및 감지기능으로 로봇이 담당하는 작업 범위와 서비스 영역이 확장되고 있다. 제조·물류·유통 등의 현장에서에서 정해진 일을 반복하고 있던 로봇은 이제, 우리의 생활과 삶 속에서 인간과 더 닮아가는 형태로 진화하면서 다양한 서비스를 제공하고 있다.

로봇공학에서 적절한 생체모방은 디자인과 제어 사이의 미묘한 균형을 필요로 하는데, 이것은 로봇이 인간을 더 닮게 만드는 데 필수적인 부분이다. 인간과 로봇이 공존하면서 로봇은 보다 인간처럼 자연스러운 모습과 피부와 같은 유연하고 부드러운 조직을 갖추는 것이 더욱 요구되고 있다.

특히, 휴머노이드는 의료, 간호 및 서비스 산업과 같은 환경에서 인간과 상호 작용하는 작업을 수행하는 로봇으로 실리콘 고무 등으로 피복되는 것으로 부드러운 피부를 갖추기도 하지만 실리콘 재질은 촉감이나 스스로 복원이나 센싱, 폐열(발한) 등에 여전히 요구되는 조건에 부족하다.

특히, 물건을 집어 들고 사람이 하는 방식대로 느끼고 유연하게 움직일 수 있어야 하며, 물체 조작 능력이나 다양한 작업에서 파지(把持) 및 인지 능력을 향상시킬 수 있어야 한다.

여기에, 세계 최초로 도쿄대학교(University of Tokyo)와 도쿄대 국제신경지능연구센터(IRCN), 산업과학연구소(Institute of Industrial Science the University of Tokyo) 공동 연구팀이 사람의 피부 세포로 배양된 피부에 의해 덮인 손가락 로봇(Finger Robot) 제작에 성공했다.

이 기술은 기존 3D프린팅 방식이 아닌 입체물(로봇)에 인간의 배양 피부를 피복하는 방법을 사용했다. 또 이 피부는 손상된 피부에 콜라겐 시트를 붙임으로써 스스로 피부를 복원(자가 치유)시킨다.

도쿄대학교 정보과학기술대학원 기계정보학과 쇼지 타케우치(Shoji Takeuchi) 교수가 주도하는 이번 공동 연구팀은 사람의 피부로부터 분리된 피부세포를 체외에서 배양하고 증식시켜 제작한 배양 피부를 로봇에 피복하는 방법으로 인간의 살아있는 피부로 피복된 세계 최초의 3관절 손가락 로봇을 제작한 것이다.

연구팀의 이 로봇은 부드러운 터치와 견고함을 요구하는 응용 분야에 유용할 것이며, 다양한 감각 세포를 추가하여 장치가 인간처럼 감지할 수 있도록 하는 것을 목표로 한다. 3차원 피부 모델은 한동안 화장품과 의약품 연구 및 테스트에 사용됐지만, 작업 로봇에 이 같은 물질이 사용된 것은 이번이 처음이다.

이 경우, 합성 피부는 하이드로겔(Hydrogel)로 알려진 가벼운 콜라겐 매트릭스(Collagen Matrix)로 만들어지며, 그 안에서 섬유아세포(Fibroblasts)와 각질세포(Keratinocyte)라고 불리는 여러 종류의 살아있는 피부 세포가 성장한다. 피부는 이 연구의 더 어려운 측면들 중 하나로 로봇 부품에서 직접 자라나 콜라겐 매트릭스를 고정시킬 수 있는 특별히 조작된 구조로 인간과 같은 피부의 개발은 아직 갈 길이 멀지만 그 가치와 비전을 인정받았다.

타케우치 교수는 "우리의 창조물은 실제 피부처럼 부드러울 뿐만 아니라 어떤 식으로든 절단되거나 손상되면 스스로 회복할 수 있습니다"라며, "따라서 손재주나 가벼운 터치과 같은 인간과 같은 특성으로 현장 수리가 즉시 필요한 중요한 산업에서는 유용하게 사용될 수 있을 것으로 생각합니다"라고 말했다.

이어 "향후 우리는 감각 세포, 모낭, 땀샘과 같은 피부에서 발견되는 기관들 중 일부를 재생산함으로써 더 발전된 버전을 개발할 것이며, 연구팀은 더 큰 구조물들을 코팅하기 위해 노력하고 있습니다"라고 덧붙였다.

피부는 살아있는 유기체이므로 노폐물을 제거하면서 끊임없이 영양을 공급받아 스스로를 유지해야 한다. 불행히도 현재, 로봇에 적용된 피부에는 그런 능력이 내장되어 있지 않아 스스로 지속할 수 없다.

이에 타케우치 교수는 "혈액이 우리 몸 전체에 순환하는 방식인 혈관계를 추가하여 세포와 영양분을 주고받고 피부가 살아 있도록 하는 것에 대한 추가 개발하기를 희망한다"고 밝혔다.

또한 타케우치 교수는 이번 연구에서 개발된 손자락 로봇의 제작에 관련된 요소 기술인 배양 피부는, 휴머노이드 로봇의 피복 재료뿐만 아니라, 의수·의족 분야나 피부를 대상으로 한 화장품, 의약품의 개발, 이식 소재로서의 재생 의료 분야 등에서의 활용이 기대된다고 강조했다.

한편, 이번 연구 결과는 지난 9일(현지시간) 글로벌 생물학 저널 '셀프레스(Cell Pre)'의 나노에서 매크로, 기초에서 응용까지 재료과학 전반을 아우르는 자매지인 메타(Matter)에 '로봇의 살아있는 피부(Living skin on a robot-다운)'란 제목으로 게재됐다.