연구자들은 물체의 크기를 주기적으로 변경함으로써 액정 내에서 물체가 방향성 운동을 달성할 수 있다는 사실을 발견하여 마이크로 로봇 공학의 발전을 위한 길을 열었습니다.

울산과학기술원(UNIST) 물리학과 정준우 교수팀이 최근 미시적 수준에서 선구적인 운동 원리를 발견했다. 그들의 발견은 물체가 액정 매질 내에서 크기를 주기적으로 변경함으로써 방향성 운동을 달성할 수 있음을 보여줍니다. 이 혁신적인 발견은 많은 연구 분야에서 큰 잠재력을 갖고 있으며 향후 소형 로봇 개발로 이어질 수 있습니다.

연구진은 연구에서 다른 매체의 기포에서 일반적으로 볼 수 있는 대칭적인 성장이나 수축과 달리 액정 내부의 기포가 주기적으로 크기를 변경하여 한 방향으로 이동할 수 있음을 관찰했습니다. 인간의 머리카락 크기와 비슷한 기포를 액정에 주입하고 압력을 조작함으로써 연구원들은 이 특이한 현상을 입증할 수 있었습니다.

김성주, 정준우, 엄유진

왼쪽부터 김성주, 정준우 교수, 엄유진 연구교수. 크레딧: Unest

이 현상의 핵심은 기포 옆의 액정 구조 내에서 위상 결함이 생성된다는 데 있습니다. 이러한 결함은 기포의 대칭적 특성을 방해하여 대칭 모양에도 불구하고 단방향 힘을 경험할 수 있게 합니다. 기포의 부피가 변동하면서 주변의 액정을 밀고 당기는 과정에서 기포는 고정된 방향으로 밀리게 되어 기존 물리학의 법칙을 무시하게 됩니다.

이번 연구의 제1저자인 김성주 박사는 “이 선구적인 관찰은 대칭적 움직임을 통해 방향성 운동을 나타내는 대칭형 물체의 능력을 보여주는 것”이라고 말했다. 또한 이 원리가 액정 이외의 다양한 복합 액체에 적용될 가능성도 강조했습니다.

NLC에 흩어져 있는 맥동 기포

NLC에 흩어져 있는 맥동 기포. 크레딧: Unest

정 교수는 “이번 흥미로운 결과는 미시적 수준에서 운동을 구동하는 데 있어서 시간과 공간의 대칭성을 깨는 것이 중요하다는 점을 강조한다”며 “더 나아가 미세 로봇 개발 연구를 촉진하는 데에도 좋은 징조”라고 말했다.

참고: “Pulsating bubbles symmetrically in an anisotropic liquid by nematicdynamics” 저자 김성주, Zija Kuss, Eugene Ohm, 정준우, 2024년 2월 9일, 네이처커뮤니케이션즈.
도이: 10.1038/s41467-024-45597-1

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이번 연구는 한국연구재단(NRF), 기초과학연구원(IBS), 슬로베니아연구청(ARRS)의 지원을 받아 이뤄졌다.

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